БЫСТРО ЗАСТЫВАЮЩИЙ, ГОТОВЫЙ К УПОТРЕБЛЕНИЮ СОСТАВ ДЛЯ ЗАДЕЛКИ ШВОВ
FAST-HARDENING, READY FOR APPLICATION COMPOSITION FOR JOINT SEALING

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к готовому к употреблению составу для заделки швов. Более конкретно, оно относится к составу для заделки швов, который быстро и надежно химически затвердевает в течение определенного времени.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Стены, изготовленные из гипсокартонных листов, обычно собирают путем закрепления панелей стеновых плит на стоечные профили, заполнения и покрытия швов между панелями специально составленной композицией, называемой составом для заделки швов. Смоченный состав для заделки швов (высыхающего типа; сорт для ленты) помещают внутрь шва, образованного граничащими кромками панелей стеновых плит, и в шов заделывают бумажную армирующую ленту с составом для заделки швов, который затем оставляют высыхать. Когда состав для заделки швов высохнет, на шов наносят второй состав для заделки швов (покровный или отделочный сорт), и также оставляют высыхать. Это обычно необходимо для третьего нанесения состава для заделки швов и после его высыхания его можно слегка отшлифовать и подвергнуть традиционной отделке декоративным материалом (краской, текстурой или обоями), наносимых впоследствии на стену. Вместо применения двух сортов состава для заделки швов коммерчески доступен универсальный состав для заделки швов, который применяют как для заделки ленты, так и для отделочного (отделочных) покрытия(покрытий). Если применяют стекловолоконную армирующую ленту, ее наносят на стену до нанесения состава для заделки швов и применяют с химически застывающим составом для заделки швов. Для стадии установки ленты застывающий состав для заделки швов наносят поверх стекловолоконной ленты и продавливают сквозь ленту.
Традиционно все составы для заделки швов содержат наполнитель, связующее и загуститель. Состав для заделки швов сорта для ленты обычно содержит больше связующего, чем сорта для поверхности. Традиционными наполнителями являются карбонат кальция, дигидрат сульфата кальция (гипс) и полугидрат сульфата кальция (алебастр). Полугидрат сульфата кальция применяют только в застывающих составах для заделки швов, как раскрыто в патенте США №3297601. В современной практике строительства обычно предпочтительно применять готовый к употреблению, предварительно смоченный высыхающий состав для заделки швов, который содержит наполнитель либо из карбоната кальция, либо из гипса. Готовые к употреблению, предварительно смоченные высыхающие составы для заделки швов являются предпочтительными за удобство устранения проблем смешивания порошкообразных материалов в воде на рабочей площадке: пыль в воздухе, грязные полы и место работы, удаление комков до достижения однородной смеси и дополнительное время. Однако эти традиционные высыхающие составы для заделки швов проявляют усадку во время высыхания, что затрудняет достижение гладкой поверхности стены, и каждое покрытие высыхающего состава для заделки швов должно полностью высохнуть, прежде чем могут быть нанесены дополнительные покрытия.
Чтобы преодолеть недостатки высыхающих составов для заделки швов, застывающие составы для заделки швов по своей природе проявляют низкую усадку и могут быть нанесены повторно после застывания, делая возможным более быстрое строительство. Порошкообразные застывающие составы для заделки швов имеют недостаток в необходимости перемешивания дрелью с водой на рабочей площадке во время применения. Перемешивание порошкообразных составов дрелью на рабочей площадке производит чрезмерное количество пыли и грязи, удаление комков до достижения однородной смеси может быть затруднительным и требуется больше времени по сравнению с применением готового к употреблению состава. Известный уровень техники в патенте США №5746822, включенном в данный документ по ссылке, раскрывает готовый к употреблению, застывающий состав для заделки швов. Для предотвращения химического превращения полугидрата сульфата кальция в дигидрат сульфата кальция пригодными являются предохранители застывания. Способность препятствовать процессу химического застывания дает возможность получения застывающего состава для заделки швов, находящегося в готовом к употреблению виде, вместо порошка. Реакции застывания, которые были прерваны в готовом к употреблению застывающем составе путем применения предохранителя застывания, можно возобновить при добавлении активатора застывания. Преимущества предпочтительного готового к употреблению, предварительно смоченного продукта, таким образом включены в продукт с преимуществами усадки и повторного нанесения застывающего состава для заделки швов. Патент США №5746822 описывает двухкомпонентную композицию с предварительно смешанным вяжущим компонентом, включающим смоченный полугидрат сульфата кальция, традиционные связующие и загустители состава для заделки швов и предохранитель застывания для вяжущей основы. Другой компонент, активатор застывания, такой как сульфат цинка, повторно запускает химические реакции застывания, ранее прерванные предохранителем застывания. Сульфат цинка является медленно действующим активатором застывания. Даже при применении в относительно больших количествах составы для заделки швов, активированные сульфатом цинка, требуют длительного времени для химического отверждения в прочности. Наносящие должны ждать, чтобы покрытие состава для заделки швов стало достаточно прочным и твердым для нанесения последующего покрытия, иногда до следующего дня.
Квасцы известны как ускоритель химического застывания для систем полугидрата сульфата кальция. Они ускоряют реакции гидратации застывания в смесях из обезвоженного гипса и воды. Однако квасцы применяют редко вследствие образования чрезмерного количества пены в присутствии карбоната кальция. Карбонат кальция может присутствовать либо как естественная примесь других сырьевых материалов, либо как добавленный компонент. В составах для заделки швов этот тип пенообразования вызывает потерю прочности и образование воронок на поверхности. Кроме того, сильное увеличение в объеме из-за образования пены может вызвать расширение состава для заделки швов вверх и наружу из сосуда для смешивания, и, если расширение продолжается после нанесения состава на поверхность стеновой плиты, выполненный шов может расширяться с созданием выпуклого стыка неприглядного вида (выступающие швы). Идеи предыдущего уровня техники предписывают отказываться от применения квасцов в штукатурном гипсе, содержащем карбонат кальция, но воздерживаются от предложения какого-либо другого решения проблемы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
По меньшей мере одно из этих преимуществ реализуется системой состава для заделки швов, включающей ингибированный к застыванию, предварительно смоченный, застывающий состав для заделки швов, составленный с добавками, которые делают возможной доставку к покупателю в виде готового к употреблению состава для заделки швов, и отдельный инициатор застывания. Данное изобретение сочетает применение эффективного инициатора застывания с предварительно смоченным, застывающим составом для заделки швов, изготовленным без карбоната кальция, с получением эффекта быстрого прочного застывания без чрезмерного вспенивания.
Ингибированный к застыванию, предварительно смоченный, застывающий состав для заделки швов включает основу готового к употреблению, застывающего состава для заделки швов и не содержащее кальция фосфатное предотвращающее застывание средство, препятствующее химической гидратации гипсового компонента застывающего состава для заделки швов. Основа состава для заделки швов не содержит карбонат кальция. Инициатор застывания включает квасцы для возобновления химических реакций гидратации.
Неожиданно было обнаружено, что квасцы можно применять без избыточного вспенивания в качестве инициатора застывания с основой готового к употреблению, застывающего состава для заделки швов, к которому добавлен ингибитор застывания. Система состава для заделки швов использует сочетание не содержащего кальций фосфатного ингибитора застывания, квасцов в качестве инициатора застывания и ограниченного количества карбоната кальция в основе состава для заделки швов. Это сочетание особенностей обеспечивает долговременное предотвращение застывания для обеспечения функции готовности к употреблению, быстрой инициации застывания при добавлении инициатора застывания из квасцов и гладкую и кремообразную текстуру без чрезмерного вспенивания состава для заделки швов.
Возможность применять квасцы в качестве инициатора застывания без сталкивания с проблемой чрезмерного пенообразования дает несколько преимуществ. Скорость застывания и отверждения значительно быстрее и намного прочнее с применением инициатора застывания из квасцов по сравнению с соединениями цинка известного уровня техники. Это обеспечивает ″быстрое застывание″, посредством которого состав для заделки швов быстро застывает и очень скоро готов для повторного покрытия или шлифования после нанесения на стеновые или потолочные панели. Эта композиция дополнительно имеет преимущество в том, что может быть приготовлен состав для заделки швов практически без пены, при этом давая желаемую характеристику быстрого застывания, не полученную в известном уровне техники. Кроме того, квасцы позволяют применять намного меньшее количество активатора застывания, чем при применении сульфата цинка из известного уровня техники, что обеспечивает более легкое введение активатора застывания в предварительно смоченную застывающую основу. Сниженный расход обеспечивает значительно меньший вес и объем активатора застывания, требуемых на рабочей площадке, и позволяет реализовывать активатор застывания в значительно менее громоздком концентрированном виде.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Разработана система состава для заделки швов для застывающего состава для заделки швов, имеющего отличную сохраняемость в готовом к употреблению состоянии и быстрое время застывания после добавления активирующего средства. Данная система включает ингибированный к застыванию, предварительно смоченный, застывающий состав для заделки швов и отдельную порцию квасцов, которую добавляют в то время, когда нужно применять систему состава для заделки швов.
Ингибированный к застыванию, предварительно смоченный, застывающий состав для заделки швов является готовой к употреблению, застывающей основой состава для заделки швов, в которой реакции застывания вяжущего средства деактивированы, предотвращены или остановлены. Одним ключевым ингредиентом в предварительно смоченном застывающем составе для заделки швов является средство, долговременно предотвращающее застывание, поддерживающее готовую к употреблению водную основу в незастывшем состоянии. Присутствие воды в нормальных условиях привело бы к гидратации полугидрата сульфата кальция в течение 0,1 -5 часов за время застывания, контролируемое замедляющими добавками. Добавки, которые, как было обнаружено, обеспечивают долговременный эффект предотвращения застывания в готовых к употреблению вяжущих композициях, являются не содержащими кальций фосфатами. В частности, было обнаружено, что (1) гексаметафосфат цинка и (2) триполифосфат калия обеспечивают долговременный эффект предотвращения застывания, при этом (3) пирофосфат тетранатрия обеспечивает наиболее долговременный эффект предотвращения застывания. Другие эффективные предотвращающие застывание средства включают (4) триполифосфат натрия, (5) фосфат моноаммония и (6) одноосновный фосфат калия. В целом эффект предотвращения застывания обеспечивается низкими уровнями фосфатных добавок в количествах, варьирующих в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 2% по весу на основе общего веса композиции без учета воды. В некоторых вариантах осуществления фосфатная добавка присутствует в количествах от приблизительно 0,1% до приблизительно 0,6% на основе общего веса композиции без учета воды. Фосфатный предохранитель от застывания факультативно является водорастворимой солью фосфата за исключением кальциевых солей фосфата. При применении в данном тексте выражение ″не содержащий кальция фосфатный ингибитор застывания″ конкретно исключает кальциевые соли предотвращающих застывание составов.
Фосфатные предотвращающие застывание средства применяют вместо или дополнительно к традиционным замедляющим застывание добавкам. Примером пригодного ингибитора застывания является белковый ингибитор, такой как ингибитор застывания SUMA. В некоторых вариантах осуществления основы состава для заделки швов используют от приблизительно 0,02% до 1% ингибитора, тогда как в некоторых вариантах осуществления используют от 0,02% до 0,1% на основе веса сухих ингредиентов. Ингибиторы застывания применяют отдельно или в сочетании друг с другом в любом пригодном количестве. Добавление традиционных ингибиторов застывания оказывает незначительное влияние на долговременное предотвращение застывания, обеспечиваемое не содержащими кальция фосфатами, но традиционные ингибиторы застывания способствуют контролированию времени застывания готового к употреблению застывающего состава для заделки швов после применения инициатора застывания для повторного запуска реакций гидратации.
Другим основным ингредиентом в основе состава для заделки швов является гипсовый компонент, такой как наполнитель из полугидрата сульфата кальция. Было обнаружено, что альфа-кристаллическая форма полугидрата сульфата кальция предпочтительна для долговременного поддержания незастывающей готовой к употреблению композиции, которая содержит не содержащие кальция фосфаты. В целом по меньшей мере приблизительно двадцать процентов (20%) по весу сухой основы состава для заделки швов составляет полугидрат сульфата кальция, который может варьировать в диапазоне до приблизительно девяносто девяти процентов (99%) по весу, более предпочтительно от 60% до приблизительно 90%, сухих ингредиентов. Также пригодны другие формы полугидрата сульфата кальция, включая бета-кристаллическую форму и/или смеси альфа- и бета-форм.
Известно, что карбонат кальция присутствует в природном гипсе, свежедобытом источнике сульфата кальция. Карбонат кальция зачастую присутствует в полугидрате сульфата кальция в качестве примеси. Для многих применений карбонат кальция является инертным наполнителем и не представляет проблем. Однако при объединении карбоната кальция и воды с квасцами наблюдались неблагоприятные эффекты, включая чрезмерное вспенивание. Для применения в основе состава для заделки швов, подлежащей к применению с активатором из квасцов, является критичным, чтобы полугидрат сульфата кальция практически не содержал карбонат кальция. Полугидрат сульфата кальция, который ″практически не содержит″ карбонат кальция, означает, что полугидрат имеет менее 2% по весу карбоната кальция. Некоторые варианты осуществления полугидрата сульфата кальция включают менее 1% или даже менее 0,5% карбоната кальция. В по меньшей мере одном варианте осуществления полугидрат сульфата кальция не содержит карбонат кальция.
Если карбонат кальция отсутствует в основе состава для заделки швов, в некоторых вариантах осуществления факультативно применяют инертный наполнитель в качестве объемообразующего средства. Предпочтительным инертным наполнителем является тальк. Поскольку он имеет приблизительно такую же плотность, как карбонат кальция, карбонат кальция можно заменять равными количествами талька, получая в результате лишь незначительные изменения в плотности основы состава для заделки швов. Другие наполнители также приемлемы; однако относительные количества других ингредиентов в основе состава для заделки швов будут также нуждаться в корректировке для сохранения желаемой плотности состава для заделки швов.
При приготовлении основы состава для заделки швов в композицию могут быть включены другие традиционные ингредиенты состава для заделки швов. Связующее из латексной эмульсии является важным ингредиентом, который хорошо знаком специалистам в области составов для заделки швов. Можно применять любые из традиционных латексных связующих, при этом эмульсии поливинилацетата и эмульсии этиленвинилацетата являются предпочтительными. Если присутствует, латексное связующее варьирует в диапазоне от приблизительно 0,5% до приблизительно 15% по весу композиции перед добавлением воды, при этом в некоторых вариантах осуществления применяют от 1% до приблизительно 8%. Также предполагается применение высушенных распылением связующих.
В целом предпочтительно, чтобы основа состава для заделки швов включала один или несколько загустителей. В составах для заделки швов по данному изобретению можно применять традиционные целлюлозные загустители, например этилгидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилметилцеллюлозу, метилгидроксипропилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу и их смеси. Количество целлюлозного загустителя, если он присутствует, может находиться в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 3%, предпочтительно от 0,3% до 1% по весу всех ингредиентов композиции, не включая добавленную воду. Предполагается, что вместо или помимо целлюлозного загустителя будут применяться другие загустители.
Основа состава для заделки швов по данному изобретению может также содержать средство, препятствующее выравниванию, такое как аттапульгитовая глина. Этот ингредиент обеспечивает отсутствие выравнивания, скольжение и удерживание воды. Было обнаружено, что аттапульгитовая глина придает составу для заделки швов хорошие рабочие свойства и применение аттапульгитовой глины способствует долговременному суспендированию и устойчивости готового к употреблению застывающего состава для заделки швов согласно патенту США №3297601. В целом количество средства, препятствующего выравниванию, если оно присутствует, лежит в диапазоне от приблизительно 1% до приблизительно 10%, предпочтительно от 2% до 7% по весу основной композиции перед добавлением воды. Другие глины, такие как сепиолит, бентонит и монтмориллонит, также можно применять в основе состава для заделки швов, помимо или вместо глины.
Традиционные готовые к употреблению составы для заделки швов часто содержат наполнители, такие как диатомит, слюда, тальк или серицит, для обеспечения устойчивости к растрескиванию при высыхании. Этими ингредиентами можно пренебречь в основе состава для заделки швов по данному изобретению, который имеет отличную устойчивость к растрескиванию без применения слюды или талька; однако может быть желательно включить незначительные количества слюды или талька в состав для обеспечения улучшенного скольжения и пригодности к обработке. При применении в основе состава для заделки швов по данному изобретению слюда или тальк могут составлять от приблизительно 2% до приблизительно 15% по весу композиции перед добавлением воды.
Предпочтительно, чтобы составы для заделки швов по данному изобретению имели рН в диапазоне 7-8. В некоторых случаях может быть необходимо применять добавку, такую как лимонная кислота, для понижения рН. В целом контролирующая рН добавка может присутствовать в количествах в диапазоне от 0,1-1% по весу композиции состава для заделки швов.
Для применения в данной системе состава для заделки швов предполагаются дополнительные ингредиенты, часто применяемые в составах для заделки швов. Эти ингредиенты факультативно включают, но без ограничения, увлажнители, наполнители, смачивающие средства, каолин, пеногасители и пластификаторы также полезны в данной основе состава для заделки швов.
Если желателен легкий, готовый к употреблению состав для заделки швов, свойство легкости может быть обеспечено включением вспученного перлита в основу состава для заделки швов в соответствии с раскрытием в патенте США №4454267. В области техники хорошо известно, что предпочтительно, чтобы вспученный перлит имел размер частиц, который будет проходить через сито 100 меш, если он должен быть включен в основу состава для заделки швов. В готовом к употреблению составе для заделки швов вспученный перлит факультативно обрабатывают для придания ему невосприимчивости к воде или оставляют непокрытым. Если преимущественно обрабатывать вспученный перлит, существуют несколько путей для придания вспученному перлиту невосприимчивости к воде, один из которых раскрыт в патенте США №4525388. Другой способ заключается в обработке вспученного перлита силиконовым или силоксановым составом, но для придания ему невосприимчивости к воде (т.е. водоотталкивания) можно применять другие материалы. Специально обработанный вспученный перлит коммерчески доступен от таких поставщиков, как Silbrico Corporation.
Для достижения желаемых свойств легкого веса вспученный перлит должен присутствовать в количествах по меньшей мере приблизительно 3% по весу всех ингредиентов в готовом к употреблению вяжущем составе без учета воды. Особенно предпочтительно, чтобы вспученный перлит присутствовал в количествах от приблизительно 5% до приблизительно 10% по весу всех ингредиентов в составе для заделки швов без учета воды.
Воду добавляют в количествах, выбранных для получения состава для заделки швов желаемой вязкости. Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения нацелены на вязкость Брабендера от 200 до 400 единиц Брабендера. Измерения основаны на применении зонда типа А и головкой с вращающим моментом 250 г·см.
При изготовлении готового к употреблению состава для заделки швов необходимо принимать меры для контроля роста микроорганизмов во влажной среде во время хранения. Один способ сокращения микроорганизмов состоит во введении биоцида, который убивает при контакте, с тем, чтобы провести «ударную» обработку основы состава для заделки швов. Примеры контактно убивающих биоцидов включают хозяйственный отбеливатель (6% водный гипохлорит натрия) или химические вещества для «ударной» обработки плавательных бассейнов, такие как гипохлорит лития или кальция. Хотя эти добавки убьют практически все микроорганизмы, присутствующие в основе состава для заделки швов во время производства, они не предотвратят рост микроорганизмов в будущем.
Традиционные консерванты для хранения в таре, включая MERGAL 174 и/или FUNGITROL 158, применяют для продолжительного подавления роста микроорганизмов. Их можно применять в сочетании с или вместо контактно убивающих обработок. Также предполагаются сочетания консервантов.
Вторым компонентом системы состава для заделки швов являются квасцы. Этот компонент служит для активации предварительно смоченного застывающего состава для заделки швов, вновь запуская реакции гидратации полугидрата сульфата кальция/воды для химического отверждения состава для заделки швов. "Квасцы" означают двойные сульфаты, включающие двойной сульфат калия и алюминия и двойной сульфат алюминия и аммония. Также предполагаются гидратированные формы квасцов. Количество применяемого активатора может быть снижено при применении квасцов. Квасцы применяют в количествах от приблизительно 0,5 грамма до приблизительно 2 грамм на основе 100 грамм готового к употреблению состава для заделки швов. В некоторых вариантах изобретения вместо квасцов используется сульфат алюминия.
Готовая к употреблению вяжущая композиция по настоящему изобретению способна работать как застывающий состав для заделки швов при добавлении активатора застывания для инициирования процесса застывания в момент применения. Ускоритель преодолевает действие фосфатного ингибитора застывания и позволяет полугидрату сульфата кальция гидратироваться и химически застывать и отверждаться. После добавления активатора застывания к влажному перемешанному составу для заделки швов протекают реакции гидратации (полугидрат сульфата кальция становится дигидратом сульфата кальция), в результате которых получают твердое застывшее изделие в считанные минуты или часы.
ПРИМЕР 1
Предварительно смоченный ингибированный к застыванию, застывающий, готовый к употреблению состав для заделки швов приготовили с применением компонентов из Таблицы 1. Средство «ударной» обработки №1 относится к сухому средству для «ударной» обработки гипохлориту кальция, обычно применяемому в плавательных бассейнах. Отбеливатель относится к хозяйственному отбеливателю, который является приблизительно 6% водным раствором гипохлорита натрия. Как отбеливатель, так и средство «ударной«обработки для бассейнов применяют в качестве убивающих при контакте биоцидов.
Для обеих вышеупомянутых композиций основа состава для заделки швов была изготовлена взвешиванием сухих компонентов и объединением их в сосуде. Сухие ингредиенты включали полугидрат сульфата кальция, карбонат кальция или тальк, перлит, загустители и ингибиторы.
Воду взвесили и поместили во второй сосуд. Для данных примеров целевая вязкость Брабендера составляла 250. Остающиеся влажные ингредиенты также взвешивали и добавляли в воду, при этом влажные ингредиенты включают латексную эмульсию и консерванты.
Влажные и сухие компоненты затем объединили с образованием готового к употреблению состава для заделки швов. Застывание состава для заделки швов было ингибировано до последующего времени, когда добавили квасцы в количествах, указанных в Таблице 1.
Составы для заделки швов испытали на время застывания и данные представлены в Таблице 2. Ссылки на время застывания по Вика относятся к ASTM С-472, включенному в данный документ по ссылке. Время застывания по Вика было начато в момент времени, когда к готовому к употреблению составу для заделки швов были добавлены квасцы. Образец в 100 грамм готового к употреблению состава для заделки швов смешали с указанным количеством квасцов. Образец вылили на лист из акрилового пластика с образованием лепешки. 300 граммовую иглу Вика держали на половине расстояния между центром и внешним краем лепешки перпендикулярно к поверхности лепешки. Иглу держали к поверхности лепешки и отпустили для свободного падения под действием собственного веса. Время застывания определяли, когда игла не проникала до нижней стороны лепешки.
Время застывания для повторного нанесения было временем до момента времени, когда состав для заделки швов становился достаточно твердым для сопротивления деформации во время повторного нанесения. По мере гидратации застывающего состава для заделки швов поднимается температура по мере протекания реакции. Более высокие температуры отражают более быстрое время застывания.
Сравнение традиционного состава для заделки швов с составом для заделки швов по данному изобретению показывает, что более быстрое время застывания получено с составом для заделки швов по данному изобретению, даже если применяют одно и то же соединение, инициирующее застывание, т.е. квасцы. Это подтверждается временем застывания для повторного нанесения, временем застывания по Вика и теплостойкостью по Вика.
Дополнительно получен улучшенный продукт, который является однородным и кремообразным во время смешивания. Во время смешивания не образуется пена и нет расширения продукта.
Хотя показан и описан частный вариант осуществления готового к употреблению состава для заделки швов, специалистам в данной области будет понятно, что в отношении него могут быть сделаны изменения и модификации без отступления от изобретения в его более широких аспектах.