ГИПСОВЫЕ ИЗДЕЛИЯ С ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫМИ ТЕПЛОПОГЛОЩАЮЩИМИ ДОБАВКАМИ
GYPSUM PRODUCTS WITH HIGH-EFFICIENT HEAT-ABSORBING ADDITIVES

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент США №61/600574, поданной 17 февраля 2012 года, которая в полном объеме включена в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] В случае если готовые изделия из гипса будут подвергаться воздействию сравнительно высоких температур, таких как температуры, создаваемые высокотемпературным пламенем или газами, части гипса могут поглощать количество тепла, достаточное для начала выделения воды из кристаллов двуводного гипса, содержащихся в материале. Поглощение тепла и выделение воды из двуводного гипса может быть достаточным для замедления на некоторое время передачи тепла через гипсовое изделие или внутрь изделия. Гипсовое изделие может выступать в качестве барьера для предотвращения передачи высокой температуры непосредственно через указанное изделие. В зависимости от температур источника тепла и времени воздействия количество тепла, поглощенного гипсовым изделием, может оказаться достаточным, чтобы в значительной степени произошел повторный обжиг некоторых частей гипса. При определенных уровнях температуры тепло, воздействующее на гипсовое изделие, также может вызвать фазовые изменения в ангидрите гипса и перегруппировку кристаллических структур. В некоторых случаях присутствие солей и примесей может повлиять на температуры фазового перехода, что приводит к различию в морфологиях кристаллов.
[0003] Были изготовлены гипсовые панели, которые оказывают сопротивление воздействию сравнительно высоких температур в течение определенного периода времени, что может по существу замедлить передачу высоких уровней тепла через панели или между панелями, а также в системы (или через них), в которых используют указанные панели. Гипсовые панели, в дальнейшем именуемые огнестойкими или "с установленной степенью огнестойкости", обычно изготавливают для усиления способности панелей замедлять передачу тепла через конструкции стен или потолка, и они играют важную роль в контролировании распространения огня в зданиях. В результате органы власти, устанавливающие строительные нормы и правила, и другие заинтересованные общественные и частные организации обычно устанавливают строгие стандарты в отношении показателей огнестойкости гипсовых панелей с установленной степенью огнестойкости.
[0004] Способность гипсовых панелей противостоять огню и связанными с ним экстремальными температурами можно оценить путем проведения общепринятых испытаний. Примеры таких испытаний регулярно используют в строительной промышленности, например, методики, опубликованные компанией по стандартизации и сертификации в области техники безопасности США (Underwriters Laboratories, "UL"), такие как методики и протоколы испытаний UL U305, U419 и U423, а также методики, описанные в технических требованиях Е119, например, Е119-09а, опубликованных Американским обществом по испытаниям и материалам (ASTM). Некоторые из таких испытаний могут включать возведение конструкций для испытаний с применением гипсовых панелей - обычно однослойное наложение панелей на каждую лицевую сторону каркасной стены, изготовленной из деревянных или стальных стоек. В зависимости от испытания конструкция может подвергаться или не подвергаться нагрузкам. Лицевую сторону одной из сторон конструкции, такой как конструкция, изготовленная согласно UL U305, U419 и U423, например, подвергают воздействию возрастающих температур в течение определенного периода времени в соответствии с кривой нагрева, такой как кривые, описанные в методиках, приведенных в ASTM Е119.
[0005] Во время испытаний контролируют температуру вблизи нагреваемой стороны и температуру на поверхности ненагреваемой стороны конструкции для оценки температур, которые испытывают подвергаемые воздействию гипсовые панели, и тепла, передаваемого через конструкцию неподвергаемым воздействию панелям. Испытания прекращают после одного или более конструктивных разрушений панелей и/или при превышении температуры на неподвергаемой воздействию стороне конструкции заранее установленного порога. Как правило, такие пороговые температуры основаны на максимальной температуре, измеренной любым из указанных датчиков, и/или среднем значении температурных датчиков на ненагреваемой стороне конструкции.
[0006] Методики испытаний, такие как методики, изложенные в UL U305, U419 и U423 и ASTM E119, касаются стойкости конструкции в отношении переноса тепла через указанную конструкцию в целом. Указанные испытания также позволяют определить в одном аспекте стойкость гипсовых панелей, используемых в конструкции, в отношении усадки в направлении по осям X-Y (ширины и длины) при воздействии на конструкцию высокотемпературного нагревания. Такие испытания также позволяют определить стойкость панелей к ухудшению конструктивной целостности, приводящему к образованию зазоров или промежутков между панелями в стеновой конструкции, в результате чего обеспечивается передача высоких температур во внутреннюю полость конструкции. В другом аспекте указанные испытания позволяют определить способность гипсовых панелей сопротивляться переносу тепла через панели и конструкцию. Полагают, что такие испытания отражают способность определенной системы предоставить находящимся в здании и пожарным/противопожарным системам окно возможности для принятия мер при пожаре или избежания условий возникновения пожара.
[0007] В прошлом использовали различные стратегии для улучшения огнестойкости гипсовых панелей с установленной степенью огнестойкости. Например, изготавливали более толстые, более плотные средние слои панелей, в которых использовали большие количества гипса по сравнению с менее плотными гипсовыми панелями и которые, соответственно, содержали повышенное количество воды, химически связанной внутри гипса (дигидрата сульфата кальция), что позволяет им действовать как теплопоглотитель, уменьшить усадку панелей и увеличить конструкционную устойчивость и прочность панелей. Альтернативным образом в гипсовый средний слой вводили различные ингредиенты, в том числе стекловолокно и другие волокна, для усиления огнестойкости гипсовой панели за счет увеличения предела прочности на разрыв среднего слоя и распределения усадочных напряжений по всей матрице указанного среднего слоя. Подобным образом ранее для обеспечения повышенной огнестойкости (и стойкости к высокотемпературной усадке) среднего гипсового слоя панели использовали определенные количества некоторых видов глин, таких как глины с размером частиц менее примерно одного микрометра, и добавок в виде коллоидного кремнезема или глинозема, таких как добавки с размером частиц менее одного микрометра. Однако было установлено, что снижение массы и/или плотности среднего слоя гипсовых панелей за счет уменьшения количества гипса в среднем слое будет неблагоприятным образом влиять на конструктивную целостность панелей и их огнестойкость и устойчивость к действию высоких температур.
[0008] Другой подход заключался в добавлении нерасширенного вермикулита (также называемого вермикулитовой рудой) и минерального волокна или стекловолокна в средний слой гипсовых панелей. При таких подходах, как предполагают, вермикулит будет расширяться в условиях нагревания, что позволит скомпенсировать усадку гипсовых компонентов среднего слоя. Как полагали, минеральное волокно/стекловолокно будет удерживать части гипсовой матрицы вместе. Существует постоянная необходимость в разработке гипсовых изделий, например, с более низкой массой, которые менее подвержены разрушающему воздействию экстремальных значений температуры.
[0009] Следует иметь в виду, что настоящее описание уровня техники было сделано для помощи читателю и не должно рассматриваться ни как ссылка на известный уровень техники, ни как указание, что какие-либо из перечисленных проблем рассматривались в данной области техники.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[00010] Фиг. 1a-b представляют собой таблицы (таблица Ia-b), в которых приведены типичные составы гипсовых панелей согласно настоящему изобретению.
[00011] Фиг. 2 представляет собой график, на котором показан средний временной показатель высокотемпературной теплоизоляции (TI) в минутах для образцов плит как функция содержания тригидрата алюминия (ТГА) в бумажной подложке согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, описанным в примере 1. Масса плиты в фунтах/тыс.кв.футов (фунт на тысячу квадратных футов) показана для каждой экспериментальной точки образца плиты.
[00012] Фиг. 3a-c представляют собой таблицы (таблицы IIa-c), в которых приведены результаты испытаний на показатель высокотемпературной теплоизоляции (TI), высокотемпературную усадку (S) и высокотемпературное термическое расширение (ТЕ) образцов 1-9, описанных в примере 2А, при варьировании количества ТГА.
[00013] Фиг. 4 представляет собой график зависимости количества ТГА в виде массового процентного содержания по массе штукатурного гипса относительно показателя высокотемпературной теплоизоляции, полученного на основе данных испытаний, приведенных в таблице IIb на фиг. 3a для примера 2А, образцов 3-9 согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения.
[00014] Фиг. 5a-c представляют собой таблицы (таблицы IIIa-c), в которых приведены результаты испытаний на показатель высокотемпературной теплоизоляции (TI), высокотемпературную усадку (S) и высокотемпературное термическое расширение (ТЕ) образцов 10-17, описанных в примере 2В, при варьировании количества ТГА согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения.
[00015] Фиг. 6a-b представляют собой таблицы (таблицы IVa-b), в которых приведены результаты испытаний на показатель высокотемпературной теплоизоляции (TI), высокотемпературную усадку (S) и высокотемпературное термическое расширение (TE) образцов 18-20, описанных в примере 2С, содержащих ТГА, согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[00016] Альтернативные аспекты и особенности настоящего изобретения будут понятны из следующего подробного описания и прилагаемых чертежей. Как будет понятно, принципы, касающиеся гипсовых изделий с высокоэффективными теплопоглощающими добавками (ВЭТП добавками), описанными в настоящей заявке, можно воплотить согласно другим и различным вариантам реализации изобретения и можно модифицировать в различных аспектах. Соответственно, следует понимать, что следующее подробное описание приведено в качестве примера, исключительно для пояснения и не ограничивает объем предложенных принципов.
[00017] Некоторые варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают гипсовое изделие, содержащее, состоящее по существу или состоящее из отвержденного гипсового среднего слоя, по меньшей мере частично покрытого по меньшей мере одним облицовочным листом, например, по меньшей мере одним из облицовочных листов, содержащих, состоящих по существу или состоящих, например, из бумаги и по меньшей мере одной высокоэффективной теплопоглощающей добавки, например, тригидрата алюминия.
3
3
3
3
[00018] Некоторые варианты реализации настоящего изобретения касаются гипсовой панели, содержащей отвержденный гипсовый средний слой расположенный между двумя облицовочными листами, при этом отвержденный гипсовый средний слой получают из по меньшей мере воды, штукатурного гипса и по меньшей мере одной высокоэффективной теплопоглощающей добавки, например, ТГА, при этом плотность панели составляет от примерно 27 фунт/фут (примерно 430 кг/м) до примерно 37 фунт/фут (примерно 590 кг/м) и показатель высокотемпературной теплоизоляции составляет больше примерно 17 минут. Показатель высокотемпературной теплоизоляции можно определить согласно методикам, изложенным в отчете ASTM WK25392 - Revision of С473-09 Standard Test Methods for Physical Testing of Gypsum Panel Products (далее "публикация ASTM WK25392"), доступном на веб-адресе www.astm.org/DATABASE.CART/WORKITEMS/WK25392.htm или в ASTM International в других формах или форматах.
3
3
3
3
[00019] Некоторые варианты реализации настоящего изобретения также обеспечивают гипсовую панель, содержащую отвержденный гипсовый средний слой, расположенный между двумя облицовочными листами, при этом отвержденный гипсовый средний слой получают из по меньшей мере воды, штукатурного гипса, и по меньшей мере одной высокоэффективной теплопоглощающей добавки, например, ТГА, при этом плотность панели составляет от примерно 27 фунт/фут (примерно 430 кг/м) до примерно 37 фунт/фут (примерно 590 кг/м), причем панель эффективно подавляет передачу тепла через конструкцию из указанных панелей, изготовленных согласно методикам, описанным в UL U419, в соответствии с которыми одну поверхность подвергают воздействию источника тепла, а противоположная ненагреваемая поверхность содержит множество датчиков, размещенных на указанной поверхности так, что максимальная температура на ненагреваемой поверхности, измеренная единичным датчиком, составляет меньше примерно 415°F (примерно 213°C) по истечении примерно 30 минут при измерении согласно UL U419, причем источник тепла подчиняется кривой время-температура в соответствии со стандартом ASTM E119-09a, и датчики расставлены согласно схеме в соответствии с методиками, приведенными в UL U419.
[00020] При производстве гипсовых изделий предпочтительно уменьшить массу изделия без потери полезных свойств, таких как механическая прочность. Например, для стеновой плиты для прочностных характеристик среднего слоя, таких как сопротивление протаскиванию гвоздей и твердость среднего слоя, существуют минимальные нормы, установленные в промышленности по производству стеновых плит. Кроме того, вследствие снижения содержания гипса в плите, что необходимо для уменьшения массы, представляется сложной задачей соответствие характеристикам пожароопасности стеновых плит, таким как характеристики, необходимые для классификации типа X. Удаление части гипса эффективно уменьшает некоторые возможности теплоотвода, которые проявляет гипс, такие как потеря связанной им воды при повышенной температуре. Некоторые варианты реализации настоящего изобретения позволяют скомпенсировать уменьшение массы гипса за счет присутствия по меньшей мере одной высокоэффективной теплопоглощающей добавки.
[00021] Согласно вариантам реализации настоящего изобретения гипсовое изделие или составной компонент, применимый в способе изготовления гипсового изделия, содержит одну или более добавок, называемых в настоящей заявке высокоэффективными теплопоглощающими добавками ("ВЭТП добавки"). Теплопоглощающая способность ВЭТП добавок превышает теплопоглощающую способность сопоставимых количеств двуводного гипса в диапазоне температур, вызывающем дегидратацию и выделение паров воды из двуводного гипса, содержащегося в гипсовом изделии. Такие добавки могут быть выбраны из композиций, таких как тригидрат алюминия или другие гидроксиды металлов, такие как гидроксид магния, которые разлагаются, выделяя пары воды в тех же или похожих диапазонах температур, что и двуводный гипс. Хотя можно использовать и другие ВЭТП добавки (или комбинации ВЭТП добавок) с повышенной теплопоглощающей способностью по сравнению с теплопоглощающей эффективностью сопоставимых количеств двуводного гипса, предпочтительные ВЭТП добавки обеспечивают в достаточной степени повышенную теплопоглощающую эффективность по сравнению с двуводным гипсом, позволяющую скомпенсировать любое увеличение массы или других нежелательных свойств ВЭТП добавок при применении их в гипсовом изделии, предназначенном для практического применения, требующего установленного предела огнестойкости, или других видов применений при высоких температурах.
[00022] Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения одна или более ВЭТП добавок будет подвергаться эндотермической реакции с поглощением тепла при воздействии значительного повышения температуры. Согласно некоторым из таких вариантов реализации изобретения поглощаемая теплота разложения (которое может представлять собой реакцию дегидратации) на единицу массы ВЭТП добавки (добавок) составляет по меньшей мере примерно 685 Джоуль/грамм, согласно другим вариантам реализации изобретения по меньшей мере примерно 1000 Джоуль/грамм и, согласно еще другим вариантам реализации изобретения составляет от примерно 1100 до примерно 1400 Джоуль/грамм. Теплота разложения может иметь значения такие, как приведенные, например, ниже в таблице. В указанной таблице "X" представляет собой диапазон "от примерно [что соответствует значению в верхнем ряду] до примерно [что соответствует значению в самом левом столбце]". Например, первый "X" представляет собой диапазон "от примерно 1000 Джоуль/грамм до примерно 1100 Джоуль/грамм".
Таким образом, теплота разложения может находиться в диапазоне между любыми приведенными выше конечными значениями, включая сами указанные конечные значения. Согласно таким вариантам реализации изобретения, в соответствующем диапазоне температур ВЭТП добавка (добавки) могут иметь теплоту разложения на единицу массы, значительно превышающую теплоту разложения двуводного гипса в гипсовом изделии, например, гипсовой панели. Соответственно, такая ВЭТП добавка потребляет больше энергии (Джоуль/грамм) во время нагревания, чем потребляется при дегидратации двуводного гипса.
[00023] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения самая низкая температура разложения ВЭТП добавки (добавок) составляет примерно 40°C или более. Согласно другим вариантам реализации изобретения температура разложения ВЭТП добавки (добавок) изменяется в диапазоне от примерно 40°C до примерно 1000°C; согласно другим вариантам реализации изобретения от примерно 150°C до примерно 450°C; и согласно другим вариантам реализации изобретения от примерно 150°C до примерно 300°C. Согласно еще одному варианту реализации изобретения для ВЭТП добавки (добавок) эндотермическое термическое разложение начинается при температуре примерно 150°C и по существу или полностью добавка (добавки) разлагаются при температуре примерно 980°C, которая является обычной одночасовой конечной температурой на температурной кривой согласно ASTM-E119. Температура разложения может иметь значения, такие, как приведенные, например, ниже в таблице. В указанной таблице "X" представляет собой диапазон "от примерно [что соответствует значению в верхнем ряду] до примерно [что соответствует значению в самом левом столбце]." Например, первый "X" представляет собой диапазон "от примерно 100°C до примерно 200°C".
Таким образом, температура разложения может находиться в диапазоне между любыми приведенными выше конечными значениями, включая сами указанные конечные значения.
3
3
2
2
[00024] Одна из предпочтительных ВЭТП добавок содержит, состоит по существу или состоит из тригидрата алюминия (ТГА), который также известен как гидрат оксида алюминия и гидратированный оксид алюминия, содержащий кристаллизационную или иным образом связанную воду или комплекс с водой. ТГА обычно очень устойчив при комнатной температуре. При температурах выше от примерно 180°C до 205°C, ТГА обычно подвергается эндотермическому разложению с выделением паров воды. Теплота разложения таких ТГА добавок больше примерно 1000 Джоуль/грамм и согласно одному из предпочтительных вариантов реализации изобретения составляет примерно 1170 Джоуль/грамм. Не будучи связанными теорией, полагают, что при нагревании выше 205°C ТГА добавка разлагается с выделением приблизительно 35% кристаллизационной воды в виде паров воды следующим образом: Al(ОН)→AlO⋅3HO. Согласно вариантам реализации изобретения, в которых применяют ТГА в качестве ВЭТП добавки, можно использовать любой подходящий ТГА. Согласно вариантам реализации изобретения можно использовать ТГА, поставляемый торговыми поставщиками, такими как Akrochem Corp., Akron, Огайо. Можно использовать любую подходящую марку ТГА. Одним из примеров является ТГА марки № SB-36. ТГА марки № SB-36 может содержать, состоять по существу или состоять из частиц, средний размер которых составляет примерно 25 микрон и площадь поверхности составляет примерно 1 м/г. Согласно другим вариантам реализации изобретения можно использовать другие подходящие марки ТГА с любым подходящим средним размером частиц и площадью поверхности.
[00025] Согласно другим вариантам реализации изобретения ВЭТП добавка (добавки) содержит, состоит по существу или состоит из гидроксида магния. Согласно таким вариантам реализации изобретения теплота разложения ВЭТП добавки, представляющей собой гидроксид магния, предпочтительно составляет больше, чем примерно 1000 Джоуль/грамм, например, примерно 1350 Джоуль/грамм, при температуре от 180°C до 205°C или выше. Согласно таким вариантам реализации изобретения можно использовать любой подходящий гидроксид магния, такой как гидроксид магния, поставляемый торговыми поставщиками, в том числе компанией Akrochem Corp., Akron, Огайо.
[00026] Повышенную теплопоглощающую способность предпочтительных ВЭТП добавок можно использовать для улучшения теплоизоляционных свойств гипсовых изделий, описанных в настоящей заявке, по сравнению с изделиями, полученными без ВЭТП добавки. Количество и состав ВЭТП добавки (добавок), введенной в гипсовые изделия, описанные в настоящей заявке, меняются в зависимости от требуемой массы и плотности изделий, чистоты штукатурного гипса, применяемого для получения таких изделий, состава изделия, присутствия других добавок и других подобных факторов. Примеры некоторых предпочтительных составов среднего слоя для гипсовых панелей, содержащих предпочтительные ВЭТП добавки, обобщены на фиг. 1 (таблица Ia). ВЭТП добавку можно добавлять в сухом виде и/или в виде суспензии, при этом сухие ингредиенты обычно добавляют в смеситель для получения суспензии для получения среднего слоя, и жидкие ингредиенты добавляют в смеситель или на других стадиях или процедурах.
[00027] Согласно одному из таких предпочтительных вариантов реализации изобретения гипсовое изделие изготавливают из суспензии обожженного гипса, содержащего ВЭТП добавку, присутствующую в количестве, эффективном для увеличения показателя высокотемпературной теплоизоляции гипсового изделия, например, гипсовой панели, относительно показателя высокотемпературной теплоизоляции гипсового изделия без ВЭТП добавки. Такие количества могут составлять от примерно 2% до примерно 5% по массе относительно штукатурного гипса, от примерно 2% до примерно 7% по массе относительно штукатурного гипса, и в количествах до примерно 15% по массе относительно штукатурного гипса. Согласно некоторым из указанных предпочтительных вариантов реализации изобретения введение ВЭТП добавки в состав среднего слоя позволяет уменьшить содержание штукатурного гипса в составе, что приводит к понижению массы и плотности гипсового изделия. Количество ВЭТП добавки может иметь значения, такие, как приведенные, например, ниже в таблице. В указанной таблице "X" представляет собой диапазон "от примерно [что соответствует значению в верхнем ряду] до примерно [что соответствует значению в самом левом столбце]". Например, первый "X" представляет собой диапазон "от примерно 2% до примерно 3% по массе в пересчете на массу штукатурного гипса".
Таким образом, указанное количество может находиться в диапазоне между любыми приведенными выше конечными значениями, включая сами указанные конечные значения.
2
2
2
2
2
[00028] В одном из примеров применения ВЭТП добавки отношение ВЭТП добавки к удаленному штукатурному гипсу в пересчете на массу составляет от примерно 1:1 до примерно 1:2. В одном из таких примеров, когда соотношение составляет примерно 1:2, другими словами, от 40 до 50 фунт/тыс.кв. футов (примерно 0,2 кг/м) ВЭТП добавки включено в состав среднего слоя и примерно 80-100 фунт/тыс.кв. футов (примерно 0,4-0,5 кг/м) штукатурного гипса удалено из состава. Соответственно, в этом примере можно добиться снижения массы на примерно 40-50 фунт/тыс.кв. футов (примерно 0,2 кг/м) без значительного изменения теплоизоляционных свойств изделия (Термин "тыс.кв. футов" "тыс.фут" представляет собой стандартную аббревиатуру для тысячи квадратных футов и является результатом измерения площади, например, коробок, гофрированного материала и стеновой плиты. Термин "м" представляет собой квадратный метр.)
[00029] Отношение ВЭТП добавки к штукатурному гипсу, удаленному из состава среднего слоя, может изменяться в зависимости от применяемой ВЭТП добавки, ее теплопоглощающих свойств, теплопоглощающих свойств конкретного штукатурного гипса, состава среднего гипсового слоя, необходимых теплоизоляционных свойств изделия, требуемого снижения массы и физических свойств изделия и подобных факторов. Согласно некоторым предпочтительным вариантам реализации изобретения при применении тригидрата алюминия отношение ВЭТП добавки к удаленному штукатурному гипсу может составлять примерно 1:2 согласно некоторым вариантам реализации изобретения, согласно другим вариантам реализации изобретения примерно 1:3 и согласно еще другим вариантам реализации изобретения примерно 1:4. Отношение ВЭТП добавки (добавок) к удаленному штукатурному гипсу может различаться для разных композиций ВЭТП добавок и практических применений.
[00030] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения ВЭТП добавку, например, ТГА, добавляют к одному или более или всем облицовочным слоям гипсового изделия, например, в бумажные обшивки, для обеспечения первого барьера против тепла. Усиленная теплопоглощающая способность бумаги замедляет скорость, с которой обеспечивается передача тепла через изделие. Согласно вариантам реализации изобретения, в которых гипсовое изделие содержит стеновую плиту, замедление передачи тепла может защитить конструктивные элементы, расположенные позади плиты. Кроме того, ВЭТП добавки могут обеспечить улучшенные поверхностные характеристики горения бумажных обшивок. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения ВЭТП добавку включают в бумажные обшивки при приготовлении состава в качестве компонента бумажного среднего слоя и/или наносят снаружи на поверхность бумаги. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения гипсовое изделие содержит передний облицовочный лист, задний облицовочный лист или оба облицовочных листа, содержащих ВЭТП добавку.
[00031] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения частицы ВЭТП добавки добавляют в измельченную бумажную массу при производстве бумаги. В таком случае, ВЭТП добавку можно добавлять в качестве наполнителя тем же способом, каким добавляют другие наполнители (например, карбонат кальция), и наряду с другими компонентами (клеящими веществами) ее можно использовать для получения бумаги. Остальную часть операций по изготовлению бумаги, в том числе прессование и сушку, можно выполнять обычным способом.
[00032] Частицы ВЭТП добавок можно добавлять к измельченной бумажной массе при производстве бумаги при уровнях добавления, при которых ВЭТП добавка присутствует в количестве, эффективном для увеличения показателя высокотемпературной теплоизоляции бумажного и/или гипсового изделия, в котором используют бумагу, относительно показателя высокотемпературной теплоизоляции бумажного и/или гипсового изделия без ВЭТП добавки. Такое количество может составлять от примерно 5% до примерно 40% по массе сухой бумажной массы. Количество ВЭТП добавки в бумаге может иметь значения, приведенные, например, ниже в таблицах. В таблице "X" представляет собой диапазон "от примерно [что соответствует значению в верхнем ряду] до примерно [что соответствует значению в самом левом столбце]." Например, первый "X" представляет собой диапазон "от примерно 5% до примерно 6% по массе в пересчете на сухую массу бумажной массы."
Таким образом, указанное количество может находиться в диапазоне между любыми приведенными выше конечными значениями, включая сами указанные конечные значения.
[00033] ВЭТП добавку можно нанести на поверхность бумаги снаружи, когда ВЭТП добавка присутствует в количестве, эффективном для увеличения показателя высокотемпературной теплоизоляции бумажного и/или гипсового изделия, в котором используют бумагу, относительно показателя высокотемпературной теплоизоляции бумажного и/или гипсового изделия без ВЭТП добавки. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения наружное нанесение осуществляют в форме по меньшей мере частичного покрытия, состав которого содержит носитель на основе воды, содержащий ВЭТП добавку, при содержании твердой фазы до 50%, и который можно использовать в оборудовании по производству плит. После сушки ВЭТП добавка на поверхности бумаги (когда ВЭТП добавка может быть распределена по поверхности бумаги) может создать теплозащитный барьер для увеличения срока службы в условиях пожара.
[00034] Согласно вариантам реализации изобретения можно использовать любой подходящий облицовочный лист. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения в качестве облицовочного листа можно использовать лист бумаги, такой как манильская бумага или крафт-бумага. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения, таким как варианты, в которых плита может подвергаться воздействию значительного количества влаги, подходящий облицовочный лист содержит, состоит по существу или состоит из мата, такого как волокнистый мат.
[00035] Применимая в качестве облицовочных листов бумага включает 7-слойную манильскую бумагу и 5-слойную бумагу News-Line, которые можно приобрести в компании United States Gypsum Corporation, Чикаго, Иллинойс; 3-слойную бумагу Grey-Back и 3-слойную манильскую бумагу Ivory, которые можно приобрести в компании Caraustar, Ньюпорт, Индиана; и манильскую плотную бумагу и манильскую бумагу МН НТ (повышенной прочности), которые можно приобрести в компании United States Gypsum Corporation, Чикаго, Иллинойс. Типичной бумагой для задних облицовочных листов является 5-слойная бумага News-Line. Типичная бумага для лицевых облицовочных листов включает манильскую бумагу МН НТ (повышенной прочности) и 7-слойную манильскую бумагу.
[00036] В настоящей заявке термин "мат" включает сетчатые материалы. Волокнистые маты могут включать любой подходящий волокнистый сетчатый материал. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения облицовочный лист может представлять собой мат, выполненный из стекловолокна, полимерного волокна, минерального волокна, органического волокна или т.п. или их комбинаций. Полимерные волокна включают, но не ограничивается ими, полиамидные волокна, полиарамидные волокна, полипропиленовые волокна, полиэстеровые волокна (например, полиэтилентерафталат (PET)), поливиниловый спирт (PVOH) и поливинилацетат (PVAc). Примеры органических волокон включают хлопок, искусственное волокно и т.п. Кроме того, некоторые варианты реализации изобретения по существу не содержат какого-либо одного или более из волокон, описанных выше. В настоящей заявке "по существу не содержит" означает, что композиция содержит 0% масс. волокна в пересчете на массу облицовочного листа, или не содержит волокно, или содержит неэффективное или несущественное количество волокна. Примером неэффективного количества является количество ниже порогового значения, необходимого для достижения намеченной цели применения волокна, как будет понятно среднему специалисту в данной области техники. Несущественное количество волокна может составлять, например, 0,1% или менее, 0,05% или менее, 0,01% или менее, 0,005% или менее или 0,001% или менее в пересчете на массу облицовочного листа в зависимости от ингредиента, как будет понятно специалисту в данной области техники.
[00037] Волокнистые маты, применяемые с плитами согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, коммерчески доступны во многих формах, таких как тканые или нетканые маты. Нетканые маты могут содержать, состоять по существу или состоять из волокон, связанных с помощью связующего вещества. Связующее вещество может представлять собой любое связующее вещество, обычно применяемое в промышленности по производству матов, такое как мочевинный формальдегид, меламиновый формальдегид, связанный со стеариновой кислотой меламиновый формальдегид, полиэстер, акриловые волокна, поливинилацетат, мочевинный или меламиновый формальдегид, модифицированный поливинилацетатом или акриловыми волокном или смешанный с ними, стиролакриловые полимеры и т.п., или их комбинации. Кроме того, некоторые варианты реализации изобретения по существу не содержат какого-либо одного или более из связующих веществ, описанных выше. В настоящей заявке "по существу не содержат" означает, что композиция содержит 0% масс. связующего вещества в пересчете на массу облицовочного листа, или не содержит связующего вещества, или содержит неэффективное или несущественное количество связующего вещества. Примером неэффективного количества является количество ниже порогового значения, необходимого для достижения намеченной цели применения связующего вещества, как будет понятно специалисту в данной области техники. Несущественное количество связующего вещества может составлять, например, 0,1% или менее, 0,05% или менее, 0,01% или менее, 0,005% или менее или 0,001% или менее в пересчете на массу облицовочного листа в зависимости от ингредиента, как будет понятно среднему специалисту в данной области техники.
[00038] Волокна мата могут быть гидрофобными или гидрофильными. Они также могут иметь покрытие или быть непокрытыми. Выбор подходящего типа волокнистого мата будет зависеть, частично, от типа практического применения, в котором будет использована плита. Например, при использовании плиты в применениях, которые требуют водостойкости, в волокнистом мате можно использовать гидрофобные волокна.
2
2
2
2
[00039] Можно использовать нетканые стекловолокнистые маты Duraglass, которые можно приобрести в компании Johns-Manville, масса которых составляет от примерно 1,2 фунт/100 фут (примерно 59 г/м) до примерно 2,0 фунт/100 фут (примерно 98 г/м), при этом масса мата составляет от примерно 40% до примерно 50% относительно покрытия на основе смолы. Другие применимые волокнистые маты включают, но не ограничивается ими, тканые стекловолокнистые маты и нецеллюлозные ткани. Кроме того, в некоторых вариантах реализации гипсовые изделия не содержат нетканых облицовочных листов, описанных выше.
[00040] Согласно вариантам реализации изобретения, в которых используют два облицовочных листа, второй облицовочный лист может быть таким же, как и первый, как по материалу, так и по ориентации относительно среднего слоя, или может иметь достаточно похожие свойства расширения и сжатия, и/или те же характеристики связывания, что и первый лист, так что деформирование плиты уменьшается или не происходит. Согласно вариантам реализации изобретения, включающим облицовочный лист, содержащий ВЭТП добавку, облицовочный лист может иметь любую подходящую массу и толщину.
[00041] Некоторые варианты реализации настоящего изобретения представляют собой гипсовые изделия, содержащие отвержденный гипсовый средний слой, по меньшей мере частично покрытый по меньшей мере одним облицовочным листом, при этом по меньшей мере один из облицовочных листов содержит бумагу и по меньшей мере одну высокоэффективную теплопоглощающую добавку, например, тригидрат алюминия (ТГА).
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[00042] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения масса бумаги составляет от примерно 35 фунт/тыс.кв. футов (примерно 0,17 кг/м) до примерно 60 фунт/тыс.кв. футов (примерно 0,3 кг/м). В некоторых аспектах основная масса первого облицовочного листа составляет от примерно 40 фунт/тыс.кв. футов (примерно 0,2 кг/м) до примерно 60 фунт/тыс.кв. футов (примерно 0,3 кг/м) и основная масса второго облицовочного листа составляет от примерно 35 фунт/тыс.кв. футов (примерно 0,17 кг/м) до примерно 55 фунт/тыс.кв. футов (примерно 0,27 кг/м), например от примерно 45 фунт/тыс.кв. футов (примерно 0,22 кг/м) до примерно 55 фунт/тыс.кв. футов (примерно 0,27 кг/м) или от примерно 48 фунт/тыс.кв. футов (примерно 0,23 кг/м) до примерно 53 фунт/тыс.кв. футов (примерно 0,26 кг/м). Применение плотной манильской бумаги в качестве первого облицовочного листа может улучшить свойства панелей, связанные с протаскиванием гвоздей и сгибанием, во всех применениях, в том числе в потолочных изделиях. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения толщина бумаги составляет от примерно 0,013 дюймов (примерно 0,33 мм) до примерно 0,018 дюймов (примерно 0,46 мм).
3
3
3
3
[00043] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения гипсовая панель содержит, состоит по существу или состоит из отвержденного гипсового среднего слоя, расположенного между двумя облицовочными листами, при этом отвержденный гипсовый средний слой получают из по меньшей мере воды, штукатурного гипса и по меньшей мере одной ВЭТП добавки, например, тригидрата алюминия, при этом плотность панели составляет от примерно 27 фунт/фут (примерно 430 кг/м) до примерно 37 фунт/фут (примерно 590 кг/м), а показатель высокотемпературной теплоизоляции больше примерно 17 минут.
3
3
3
3
3
3
[00044] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения плотность гипсового изделия, например, панели, отличается от плотности панели, изготовленной согласно другим вариантам реализации изобретения. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения плотность составляет от примерно 10 фунт/фут (или "фунт на кубический фут" (pcf)) до примерно 40 фунт/фут или от примерно 25 фунт/фут до примерно 40 фунт/фут. Плотность может иметь значения, приведенные, например, ниже в таблице. В указанной таблице "X" представляет собой диапазон "от примерно [что соответствует значению в верхнем ряду] до примерно [что соответствует значению в самом левом столбце]". Например, первый "X" представляет собой диапазон "от примерно 10 фунт/фут до примерно 15 фунт/фут".
3
3
Согласно другим вариантам реализации изобретения плотность может иметь значения, приведенные, например, ниже в таблицах. В таблице "X" представляет собой диапазон "от примерно [что соответствует значению в верхнем ряду] до примерно [что соответствует значению в самом левом столбце]". Например, первый "X" представляет собой диапазон "от примерно 27 фунт/фут до примерно 28 фунт/фут".
Таким образом, плотность может находиться в диапазоне между любыми приведенными выше конечными значениями, включая сами указанные конечные значения.
[00045] Способность гипсовых панелей сопротивляться огню и связанным с ним экстремальным температурам можно оценить путем проведения соответствующих испытаний. Примеры таких испытаний, которые регулярно используют в строительной промышленности, включают испытания, опубликованные компанией по стандартизации и сертификации в области техники безопасности США (Underwriters Laboratories, "UL"), такие как методики и протоколы испытаний UL U305, U419 и U423, а также методики, описанные в технических требованиях Е119, опубликованных Американским обществом по испытаниям и материалам (ASTM). Некоторые из указанных испытаний включают строительство конструкций для испытаний с применением гипсовых панелей, например, при однослойном наложении панелей на каждую лицевую сторону каркасной стены, изготовленной из деревянных или стальных стоек. В зависимости от испытания конструкцию можно подвергать или не подвергать нагружающим силам. Лицевую сторону одной из сторон конструкции подвергают воздействию возрастающих температур в течение определенного периода времени в соответствии с кривой нагрева, такой как кривые, требуемые в методиках испытаний UL U305, U419 и U423 и методиках, приведенных в ASTM E119.
[00046] Во время испытаний контролируют температуру вблизи нагреваемой стороны и температуру на поверхности ненагреваемой стороны конструкции для оценки температур, которые испытывают подвергаемые воздействию гипсовые панели, и тепла, передаваемого через конструкцию неподвергаемым воздействию панелям. Испытания прекращают после одного или более конструктивных разрушений панелей и/или при превышении температуры на неподвергаемой воздействию стороне конструкции заранее установленного порога. Как правило, такие пороговые температуры основаны на максимальной температуре, измеренной любым из указанных датчиков, и/или среднем значении температур, измеренных датчиками на лицевой стороне неподвергаемых воздействию гипсовых панелей.
[00047] Методики испытаний, такие как методики, изложенные в UL U305, U419 и U423 и ASTM E119, касаются стойкости конструкции в отношении переноса тепла через указанную конструкцию в целом. Указанные испытания также позволяют определить в одном аспекте стойкость гипсовых панелей, используемых в конструкции, в отношении усадки в направлении по осям X-Y (ширины и длины) при воздействии на конструкцию высокотемпературного нагревания. Такие испытания также позволяют определить стойкость панелей к снижению конструктивной целостности, которое приводит к образованию зазоров или промежутков между панелями в стеновой конструкции, в результате чего обеспечивается передача высоких температур во внутреннюю полость конструкции. В другом аспекте указанные испытания позволяют определить способность гипсовых панелей сопротивляться переносу тепла через панели и конструкцию. Полагают, что такие испытания отражают способность определенной системы предоставить находящимся в здании и пожарным/противопожарным системам соответствующее окно возможности для избежания условий возникновения пожара или принятия мер при пожаре.
[00048] Способности одного или более гипсовых изделий, например, панелей, сопротивляться воздействию тепла можно содействовать путем применения изоляционного материала снаружи изделия. Кроме того, применение изоляционного материала, например, может способствовать предотвращению переноса тепла через гипсовую панель. Например, как описано выше, стеновую конструкцию можно построить путем однослойного наложения гипсовых панелей на каждую лицевую сторону каркасной стены, изготовленной из деревянных или стальных стоек, при этом в такой конструкции обычно имеется пространство во внутренней части конструкции между стойками и гипсовыми панелями. Указанные полости или камеры в таком пространстве могут быть пустыми (т.е. содержать только воздух) или могут быть полностью или частично заполнены (например, изоляционным материалом). Присутствие изоляционного материала позволяет уменьшить перенос тепла через камеры из одной облицовочной гипсовой панели конструкции в другую облицовочную гипсовую панель. Таким образом, изоляционный материал можно использовать для уменьшения переноса тепла через стеновую конструкцию в целом.
[00049] Присутствие изоляционного материала в одной или более камере (камерах) конструкции позволяет уменьшить перенос тепла, так что одна или более гипсовая панель (панели) в конструкции могут иметь более низкую массу/плотность. Как и в присутствии в среднем слое гипсовой панели огнестойкой добавки, например, ВЭТП добавки, присутствие изоляционного материала снаружи гипсового изделия, например, в камере, позволяет уменьшить содержание строительного гипса в составе, что приводит к уменьшению массы и плотности гипсового изделия. Применение огнестойкой добавки, например, ВЭТП добавки, в комбинации с изоляционным материалом в камере может привести к дальнейшему уменьшению массы/плотности.
[00050] Присутствие изоляционного материала снаружи гипсового изделия, как описано выше, не ограничено стеновыми конструкциями и вообще не ограничено стенами. Уменьшение массы/плотности гипсовой панели можно реализовать в любой конструкции, в которой присутствует способная к заполнению камера. Например, наряду со стенами, указанный принцип применим к потолкам (например, покрытым потолочной плиткой), полам (например, покрытым плиткой для пола) и т.д. Кроме того, камера может быть окружена гипсовым изделием с более чем одной стороны, например, гипсовой панелью, или окружена гипсовым изделием только с одной стороны.
[00051] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения массу гипсового изделия уменьшают, при этом изделие все еще успешно проходит определенные испытательные процедуры, например, описанные выше, в отсутствие наружной изоляции, и это же гипсовое изделие в присутствии наружной изоляции успешно проходит дополнительные испытательные процедуры. За счет применения в гипсовом изделии огнестойких добавок, например ВЭТП добавок, и/или применения изоляционного материала снаружи изделия гипсовое изделие можно спроектировать таким образом, что его огнестойкость возрастает до максимума, а масса/плотность уменьшается до минимума. Такая оптимизация может быть полезной при проектировании изделий, которые должны соответствовать требованиям при эксплуатации конструкций в различных условиях, например требованиям к коммерческим конструкциям относительно требований к жилым зданиям, когда, например, стеновые конструкции могут различаться (применение стальных стоек относительно деревянных стоек, расстояние между стойками т.д.).
[00052] Любой подходящий изоляционный материал в любом подходящем количестве можно использовать снаружи гипсового изделия, при условии что перенос тепла уменьшается. Примеры подходящего изоляционного материала включают минеральную вату и стекловолокно.
3
3
3
3
[00053] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения гипсовая панель содержит, состоит по существу или состоит из отвержденного гипсового среднего слоя, расположенного между двумя облицовочными листами, при этом отвержденный гипсовый средний слой получают из по меньшей мере воды, штукатурного гипса, и по меньшей мере одной ВЭТП добавки, например, тригидрата алюминия, при этом плотность панели составляет от примерно 27 фунт/фут (примерно 430 кг/м) до примерно 37 фунт/фут (примерно 590 кг/м), и панель эффективно подавляет перенос тепла через конструкцию из указанных панелей, изготовленных согласно методикам, описанным в U419, при этом одну поверхность подвергают воздействию источника тепла, а противоположная ненагреваемая поверхность содержит множество датчиков, размещенных на указанной поверхности, так что максимальная температура на ненагреваемой поверхности, измеренная единичным датчиком, составляет меньше примерно 415°F (примерно 213°C) по истечении примерно 30 минут при измерении согласно UL U419, и при этом источник тепла подчиняется кривой время-температура в соответствии со стандартом ASTM Е119-09а, и датчики расставлены согласно схеме в соответствии с методиками, приведенными в UL U419.
3
3
3
3
[00054] Согласно еще другим вариантам реализации изобретения гипсовая панель содержит, состоит по существу или состоит из отвержденного гипсового среднего слоя, расположенного между двумя облицовочными листами, при этом отвержденный гипсовый средний слой получают из по меньшей мере воды, штукатурного гипса, и по меньшей мере одной ВЭТП добавки, например, тригидрата алюминия, при этом плотность панели составляет от примерно 25 фунт/фут (примерно 400 кг/м) до примерно 40 фунт/фут (примерно 640 кг/м), и панель эффективно подавляет перенос тепла через конструкцию из указанных панелей, изготовленных согласно методикам, описанным в UL U305, U419, и U423, так что указанная панель соответствует по меньшей мере 30 минутным, и, согласно другим вариантам реализации изобретения, одночасовым стандартам испытаний панелей с установленной степенью огнестойкости согласно UL U305, U419 и U423 соответственно.
[00055] Согласно другим вариантам реализации изобретения гипсовое изделие содержат потолочную плитку, содержащую по меньшей мере одну ВЭТП добавку, например, ТГА. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения потолочные плитки представляют собой акустические панели. Акустические панели согласно некоторым вариантам реализации изобретения получают способами, аналогичными способам, используемым в традиционном производстве бумаги, путем применения свойлачиваемых водой разбавленных водных дисперсий, содержащих минеральную вату, перлит, связующее вещество и другие ингредиенты, при необходимости. В таких процессах с целью обезвоживания дисперсия перемещается по движущейся перфорированной поддерживающей проволочной сетке, такой как в машинах по изготовлению матов Fourdrinier или Oliver, как будет понятно специалисту в данной области техники. Дисперсию сначала обезвоживают путем дренажа самотеком, а затем с помощью вакуум-отсоса. Влажный мат высушивают в нагретой конвекционной печи, и высушенный материал разрезают до требуемых размеров и возможно покрывают сверху краской для получения готовой панели. Примером панели, не предлагаемой в настоящем изобретении, полученной таким способом, является потолочная плитка AURATONE, которую можно приобрести в компании USG Interiors.
[00056] Акустические панели согласно некоторым другим вариантам реализации изобретения получают путем формования или отливки влажной бумажной массы. Согласно этому процессу, для формования или отливки панели получают формовочную композицию, содержащую, состоящую по существу или состоящую, например, из волокон гранулированной минеральной ваты, наполнителей, красителей, связующего вещества, такого как сваренный крахмал, и воды. Композицию помещают на подходящие лотки, которые были покрыты бумагой или металлической фольгой с бумажной основой и затем композицию выравнивают до требуемой толщины с помощью формующей плиты. Затем лотки, заполненные композицией минеральной ваты, помещают в печь для высушивания. Примером панели, не предлагаемой в настоящем изобретении, полученной таким способом, является потолочная плитка ACOUSTONE, которую можно приобрести в компании USG Interiors. Дополнительные детали, касающиеся указанных процессов, описаны в патенте США №1769519, включенном в настоящую заявку посредством ссылки.
[00057] Акустические панели согласно некоторым другим вариантам реализации изобретения изготавливают с применением других технологий производства, например, путем получения разбавленной водной дисперсии минерального волокна и/или заполнителя и анионно-стабилизированного латексного связующего вещества, связывания твердой фазы связующего вещества с материалами минерального волокна путем добавления небольшого количества флокулянта, такого как катионный полиакриламид, и перемещения суспензии в первую затопленную секцию поддерживающей проволочной сетки с получением рыхлой, спутанной массы готового изделия, содержащей воду во внутрипоровом пространстве спутанной массы. Воду удаляют из указанной массы и массу высушивают без разрушения рыхлой структуры путем пропускания нагретого сухого воздуха через рыхлую спутанную структуру. Указанный процесс используют для производства, например, панелей MARS™, которые можно приобрести в компании USG Interiors. Дополнительные детали, касающиеся указанных процессов, описаны в патенте США №5250153, включенном в настоящую заявку посредством ссылки.
[00058] Акустические панели согласно некоторым другим вариантам реализации изобретения изготавливают с применением других технологий производства. Один из способов включает получение разбавленной суспензионной смеси, содержащей, например, воду, минеральную вату, термопластическое связующее вещество и/или крахмал, и распределение разбавленной суспензии на пористом носителе с получением суспензии, обезвоженной до основного мата за счет самотечного дренажа, в ходе которого происходит удаление воды под действием силы тяжести. Вакуумное устройство регулируют таким образом, чтобы постепенно воздействовать вакуумом на обезвоженный под действием силы тяжести основной мат с дальнейшим обезвоживанием указанного основного мата, не подвергая мат воздействию статического давления, которое бы сдавливало основной мат.Основной мат высушивают с получением акустического потолочного изделия с низкой плотностью и отличными звукопоглощающими свойствами. Дополнительные детали, касающиеся указанных процессов, описаны в патенте США №7862687, включенном в настоящую заявку посредством ссылки.
[00059] Применение ТГА в акустической потолочной плитке позволяет улучшить ее характеристики поверхностного горения и огнестойкость. Способ применения ВЭТП добавки (добавок) в потолочной плитке реализуют с помощью нанесения поверхностного покрытия согласно некоторым вариантам реализации изобретения или с помощью связывающих волокон согласно другим вариантам реализации изобретения. В случае нанесения поверхностного покрытия, например, от примерно 0,1% до примерно 25% по массе ТГА в пересчете на общую массу твердой фазы покрытия можно смешать с другими наполнителями и латексом в покрытии. Полученное покрытие можно напылить или раскатать на лицевую сторону основного мата потолочной плитки. Далее, мат, содержащий влажное покрытие, можно высушить в печи с установленной температурой от примерно 120°C до примерно 250°C. В случае связующих волокон, например, от примерно 0,1% до примерно 20% по массе ТГА в пересчете на массу связующего волокна можно сначала смешать с полимерной смолой в маточной смеси. Затем полимерную смолу можно ввести в двухкомпонентные волокна. ВЭТП добавку, например ТГА, можно использовать либо в среднем слое, либо в оболочке двухкомпонентного волокна. Затем двухкомпонентные волокна можно смешать с другими элементами потолочных плиток. Из указанной смеси можно изготовить основной мат потолочных плиток с помощью способа влажного свойлачивания (например, AURATONE от компании USG Interiors), способа сушки воздухом (например, как описано в публикациях патентов США №№2009/0253323 и 2009/0252941, каждая из которых включена в настоящую заявку посредством ссылки), или способа отливки (например, ACOUSTONE от USG Interiors). Связующие волокна, содержащие, например, ТГА, можно активировать путем нагревания в печи, например, при температуре от примерно 120°C до примерно 250°C.
[00060] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения акустическая панель содержит отвержденный гипс (т.е. дигидрат сульфата кальция) в акустическом слое. Такая акустическая панель может включать очень большие сделанные механическими способами отверстия, которые можно, например, просверлить, пробить или изготовить другим образом, и которые проходят через всю толщину панели, усиливая акустические свойства потолочной плитки. Диаметр таких отверстий в акустических панелях этого типа обычно составляет по меньшей мере один сантиметр, как, например, имеет место в акустических панелях, которые можно приобрести в компании Danoline, Valby, Дания и в компании British Gypsum. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения указанная потолочная плитка может содержать акустически функциональный лист-основу. Акустически функциональный лист-основа может содержать стекловату или полимерный материал, который поглощает или рассеивает звук, передаваемый большими сделанными механическими способами отверстиями. Потолочные панели/акустические плитки также описаны в публикациях заявок на патент США №№2007/0277948 и 2011/0319543, и в патентах США №№7364015 и 7851057, каждый из которых включены посредством ссылки.
[00061] Согласно другим вариантам реализации изобретения гипсовое изделие включает шовный герметик, содержащий по меньшей мере одну ВЭТП добавку, например, ТГА. Шовный герметик может представлять собой любой шовный герметик, применяемый с гипсовыми панелями в огнезащитных изделиях с установленной степенью огнестойкости. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения шовный герметик включает штукатурные материалы, содержащие воду, обожженный гипс и другие компоненты, такие как, например, наполнители, загустители, добавки, регулирующие схватывание, связующие вещества и т.п., как необходимо для получения подходящей для работы вязкой суспензии. Шовный герметик можно нанести на стык между двумя соседними стеновыми плитами, установленными на несущей конструкции, часто поверх ленточной или сетчатой опоры. При применении шовного герметика обычно выравнивают стык между двумя стеновыми плитами и соединяют сверху шпонками по меньшей мере участок каждой из двух частей стеновой плиты, чтобы спрятать стык и придать изделию однородный и цельный вид. Довольно часто для достижения требуемого эффекта шовный герметик наносят несколько раз.
[00062] Шовный герметик можно оставить схватываться и высушиваться после нанесения каждого слоя. В ходе процесса схватывания и сушки, обожженный гипс реагирует с водой с образованием матрицы гидратированного гипса или кристаллов дигидрата сульфата кальция. Предпочтительной является гидратация обожженного гипса, которая позволяет получить переплетающуюся матрицу кристаллов отвержденного гипса, и, тем самым придать прочность гипсовой структуре в применяемом шовном герметике. После схватывания и высушивания шовного герметика композитную структуру поверхности обычно декорируют, чтобы создать видимость однородной сплошной поверхности стены.
3
[00063] В испытании на огнестойкость система гипсовой плиты может разрушаться на стыке между гипсовыми плитами - в месте, где стык заполнен готовым товарным (высушенным) шовным герметиком. Легкий шовный герметик может содержать, состоять по существу или состоять из неорганических наполнителей, карбоната кальция (кальцита-СаСО) и расширенного перлита, наполнителя с низкой плотностью, который может составлять большую часть объема высушенного изделия. Поливинилацетат (PVA) может представлять собой основное связующее вещество. Сухой шовный герметик может разрушаться, когда PVA начинает разлагаться при температуре от примерно 200 (примерно 93°C) до примерно 300°F (примерно 149°C), и такой полимер, а также другие полимерные добавки в шовном герметике, могут воспламеняться при температурах, превышающих 600°F (примерно 315°C). Замена, например, ТГА на карбонат кальция в составе при уровнях содержания от примерно 5% до примерно 20% по общей массе относительно твердой фазы, может значительно замедлить такой процесс разложения, протекающий при введении источника тепла, не оказывая вредного воздействия на физические свойства шовного герметика.
[00064] Согласно различным вариантам реализации изобретения шовный герметик может быть сухим или представлять собой товарную смесь. Сухой шовный герметик поступает потребителю в форме сухого порошка. Когда потребитель собирается использовать шовный герметик, он может добавить к сухому герметику воду. После добавления воды шовный герметик такого типа имеет сравнительно короткое время работы до отверждения - от нескольких минут до часа, и его нельзя хранить во влажных условиях.
[00065] Напротив, при производстве к компонентам товарного шовного герметика добавляют воду, при этом получают шовный герметик, который можно хранить до применения во влажном состоянии в течение сравнительно долгого времени (например, месяцы). Перед применением может потребоваться добавление к товарному герметику небольшого количества воды или добавление воды не требуется.
[00066] Согласно различным вариантам реализации изобретения товарный герметик может представлять собой тип герметика, высыхающего после применения или схватывающегося после применения. Герметик, высыхающий после применения, затвердевает после потери воды вследствие испарения, тогда как герметик, схватывающийся после применения, затвердевает в результате химической реакции, которая происходит между обожженным гипсом (полугидратом сульфата кальция) и водой.
[00067] Другие примеры шовных герметиков, подходящих для применения вместе с ВЭТП добавкой, также описаны в патентах США №№6406537 и 6805741 и в публикации патента США №2008/0305252, каждый из которых включены в настоящую заявку посредством ссылки.
[00068] Гипсовые изделия согласно некоторым другим вариантам реализации изобретения включают гипсоволокнистые панели, содержащие по меньшей мере одну ВЭТП добавку. Гипсоволокнистые панели можно изготовить, применяя, например, способ влажного свойлачивания или полусухой способ. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения ТГА предпочтительно добавляют к упрочненным волокном гипсовым составам, применяемым при изготовлении опорных поверхностей или подложек плиток, при этом улучшение тепловых характеристик может быть аналогично улучшению, наблюдаемому в гипсокартонном листе. Добавление, например, ТГА в количестве от примерно 5% до примерно 20% относительно количества гипса улучшает поведение при термическом воздействии и огнестойкость такого изделия за счет обеспечения дополнительной возможности теплоотвода.
[00069] Одной из областей применения являются плиты для обшивки крыш. Обычная гипсоволокнистая плита для обшивки крыши может иметь ограниченное применение вследствие ее ограниченных пожарных рабочих характеристик, определяемых при испытании в соответствии с методиками UL 790, согласно которым плиту для обшивки оценивают на ее способность защитить легковоспламеняющийся деревянный настил от воздействия прерывистого пламени с температурой значительно выше 1000°F (примерно 537°C) и от постоянно горящих головешек. Введение в гипсоволокнистую плиту по меньшей мере одной ВЭТП добавки, например, ТГА, может улучшить ее тепловые характеристики, определяемые согласно методикам UL 790, относительно характеристик гипсоволокнистой плиты без ВЭТП добавки (добавок).
[00070] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения гипсоволокнистую плиту согласно настоящему изобретению, содержащую по меньшей мере одну ВЭТП добавку, можно получить способами, описанными в патентах США №№5817262 и/или 5320677, каждый из которых включен в настоящую заявку посредством ссылки. В целом, процесс получения композитного гипсового/волокнистого материала начинают путем смешивания от примерно 0,5% до примерно 30% и предпочтительно от 3% до 20% по массе древесных волокон с соответствующей добавкой измельченного необожженного гипса. Сухую смесь объединяют с достаточным количеством жидкости, предпочтительно воды, с получением разбавленной суспензии, содержащей от примерно 70% до примерно 95% по массе воды. Суспензию можно обработать в сосуде высокого давления, таком как автоклав, при температуре приблизительно от 285 (примерно 140°C) до 305°F (примерно 151°C), которая является достаточной для превращения гипса в игольчатые кристаллы полугидрата сульфата кальция. Желательно непрерывно встряхивать суспензию путем осторожного перемешивания или смешивания для разрушения любых сгустков волокна и удерживания всех частиц в виде суспензии. После образования полугидрата и его выпадения из раствора в виде кристаллов полугидрата давление на полученную суспензию можно уменьшить при выгрузке суспензии из автоклава. Именно в этот момент к суспензии можно добавить любые другие необходимые добавки. Пока суспензия все еще горячая, суспензию можно поместить в напорный ящик, который позволяет распределить суспензию на пористый валяльный конвейер. При нахождении суспензии на конвейере суспензию можно обезвожить с помощью вакуумных насосов, которые вытягивают воду через валяльный конвейер, что приводит к образованию фильтровального осадка на поверхности конвейеров. С помощью вакуумных насосов можно удалить из фильтровального осадка до 90% несвязанной воды. Температуру нагретой суспензии можно поддерживать на уровне выше примерно 160°F (примерно 71°C), до тех пор пока суспензия не будет по существу обезвожена и спрессована влажным способом с получением плиты. Благодаря удалению воды фильтровальный осадок можно охладить до температуры, при которой может начаться регидратация. Однако все еще может потребоваться внешнее охлаждение для установления температуры, достаточно низкой для завершения регидратации в пределах приемлемого промежутка времени.
[00071] Перед продолжительной регидратацией фильтровальный осадок можно подвергнуть влажному прессованию с получением плиты требуемой толщины и/или плотности. При необходимости придания плите специальной текстуры поверхности или ламинированной финишной поверхности такую процедуру можно осуществить во время или после указанной стадии процесса. Во время влажного прессования, которое можно провести при постоянно возрастающем давлении для сохранения целостности изделий, может произойти две вещи: (1) может произойти удаление дополнительной воды, например, примерно от 50% до 60% оставшейся воды; и (2) как следствие удаления дополнительной воды, фильтровальный осадок может дополнительно охладиться до температуры, при которой происходит быстрая регидратация. Полугидрат сульфата кальция гидратируется с образованием гипса, так что игольчатые кристаллы полугидрата кальция превращаются в кристаллы гипса in-situ в древесных волокнах и около них. После завершения регидратации плиты можно разрезать и зачистить, при необходимости, и затем направить в обжиговую печь на сушку. Температуру сушки можно поддерживать достаточно низкой, чтобы избежать обжига гипса на поверхности.
[00072] Согласно некоторым другим вариантам реализации изобретения изделие на основе цемента содержит строительную цементирующую панель, содержащую по меньшей мере одну ВЭТП добавку, например ТГА. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения цементирующая панель содержит по меньшей мере один или более слоев цементирующего связующего вещества, чередующихся с дискретной волокнистой арматурой или расположенных между слоями сетчатой арматуры. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения арматура представляет собой стекловолокнистую сетку или эквивалент, который можно нанести с помощью ролика, накладывая листы на слои способной к отверждению суспензии или между ними. Композиции гипса и цемента в целом описаны в патентах США №№5685903, 5858083, 5958131, содержание каждого из которых включено в настоящую заявку посредством ссылки. Конструкционные цементные панели можно получить с применением процесса изготовления многослойных структур способом, описанным в патенте США №7445738, включенном в настоящую заявку посредством ссылки.
[00073] Конструкционные цементирующие панели, в настоящее время изготавливаемые с толщиной примерно 3/4”, могут содержать приблизительно две трети гипса в их связующем составе, при этом оставшаяся часть представляет собой портландцемент, микрокремнезем и известь. Фракция гипса придает панели отличные характеристики огнестойкости, характеристики поверхностного горения и характеристики невоспламенения. Замена (или добавление) части такого гипса на ВЭТП добавку, например ТГА, в количестве от примерно 5 до примерно 20% по массе в пересчете на массу штукатурного гипса, дополнительно улучшает тепловые характеристики такого изделия, что позволяет производить более тонкие секции. Более тонкие секции, включающие секции с размерами от примерно 1/4” до примерно 5/8”, можно использовать в стеновых, обшивочных и кровельных изделиях, когда предпочтительными являются более легкие и тонкие изделия с достаточной прочностью. ВЭТП добавку, например ТГА, можно добавлять в качестве части состава вместе со всеми сухими порошками перед смешиванием с получением суспензии, и будучи наполнителем, указанная добавка не оказывает воздействия на свойства свежеприготовленной суспензии или прочность затвердевшего изделия.
[00074] Гипсовые изделия, описанные в настоящей заявке, могут содержать, состоять по существу или состоять из по меньшей мере одной ВЭТП добавки и следующих компонентов, применяемых по отдельности или в любой комбинации.
[00075] Штукатурные гипсы - Штукатурный гипс (или обожженный гипс), применяемый для формирования кристаллической матрицы среднего гипсового слоя, обычно содержит, состоит по существу или состоит из бета-полугидрата сульфата кальция, водорастворимого ангидрита сульфата кальция, альфа-полугидрата сульфата кальция или смеси любых или всех из перечисленных веществ, полученных из природных или синтетических источников. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения штукатурный гипс включает минеральные материалы, которые не являются гипсом, например, незначительные количества глин или других компонентов, связанных с источником гипса или добавленных во время обжига, обработки и/или доставки штукатурного гипса в смеситель.
[00076] В качестве примера количества штукатурного гипса, приведенные в таблице Ia на фиг. 1, допускают, что чистота источника гипса составляет по меньшей мере примерно 95%. Соответственно, компоненты и их относительные количества, такие как компоненты и количества, приведенные выше в таблице I и применяемые для получения суспензии, из которой изготавливают средний слой, могут варьировать или быть модифицированы в зависимости от источника штукатурного гипса, его чистоты и содержания. Например, композицию суспензии гипсового среднего слоя и количество применяемого вермикулита с высоким коэффициентом расширения можно изменять для получения различных композиций штукатурного гипса в зависимости от чистоты гипса, природного или синтетического источника гипса, содержания воды в штукатурном гипсе, содержания глины в штукатурном гипсе и т.д.
[00077] Твердые частицы с высоким коэффициентом расширения - Гипсовые изделия с пониженными массой и плотностью, например панели, полученные в соответствии с настоящим изобретением, позволяют добиться уникальных и неожиданных результатов в отношении стойкости к огню и связанным экстремальным тепловым условиям, не используя повышенные количества полугидратов гипса, типичные для общепринятых гипсовых панелей с установленной степенью огнестойкости, или преимущественно не используя общепринятый вермикулит со сравнительно низким коэффициентом расширения, такой как вермикулит, в дальнейшем именуемый нерасширенным вермикулитом "марки №5" (как правило, размер частиц составляет менее примерно 0,0157 дюйма (0,40 мм)). Например, в некоторых вариантах реализации панелей согласно настоящему изобретению можно использовать твердые частицы с высоким коэффициентом расширения в форме вермикулита с большим объемом расширения относительно вермикулита марки №5 (система маркировки США) и других вермикулитов с низким коэффициентом расширения, которые применяли в промышленных гипсовых панелях с установленной степенью огнестойкости.
[00078] Объемное расширение вермикулитов, называемых в настоящей заявке "вермикулитом с высоким коэффициентом расширения", после нагревания в течение одного часа при температуре примерно 1560°F (примерно 850°C) составляет примерно 300% или более относительно их начального объема. Для сравнения объемное расширение нерасширенного вермикулита марки №5 при температуре примерно 1560°F (примерно 850°C) обычно составляет примерно 225%. Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, точно также можно использовать и другие твердые частицы со свойствами, сопоставимыми со свойствами вермикулита с высоким коэффициентом расширения. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно использовать вермикулиты с высоким коэффициентом расширения, объемное расширение которых составляет от примерно 300% до примерно 380% относительно их начального объема после размещения в течение одного часа в камере с температурой примерно 1560°F (примерно 850°C).
[00079] Один из таких вермикулитов с высоким коэффициентом расширения часто называют нерасширенным вермикулитом марки №4 (система маркировки США) (в патенте США №3454456 такие вермикулиты с высоким коэффициентом расширения были отклонены в качестве полезных ингредиентов для использования в гипсокартонном листе с установленной степенью огнестойкости). Согласно некоторым вариантам реализации изобретения по меньшей мере примерно 50% частиц в вермикулите с высоким коэффициентом расширения, применяемом в изделиях согласно настоящему изобретению, больше примерно 50 меш (т.е. больше отверстий с размерами примерно 0,0117 дюйма (примерно 0,297 мм)). Согласно другим вариантам реализации изобретения по меньшей мере примерно 70% частиц больше примерно 70 меш (т.е. больше отверстий с размерами примерно 0,0083 дюйма (примерно 0,210 мм)).
[00080] Согласно другим вариантам реализации изобретения можно использовать вермикулиты с высоким коэффициентом расширения, классифицированные согласно различным и/или иностранным системам маркировки. Такие вермикулиты с высоким коэффициентом расширения должны иметь по существу похожие характеристики расширения и/или термостойкости, типичные для вермикулитов, рассматриваемых в настоящей заявке. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно использовать вермикулит, классифицированный по европейской, южноамериканской или южноафриканской классификации как вермикулит марки 0 (микронных размеров) или марки 1 (высокодисперсный).
[00081] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно использовать вермикулит с высоким коэффициентом расширения, который содержит, состоит по существу или состоит из частиц, характеризующихся распределением частиц, в котором до примерно 50% частиц вермикулита имеют размер менее примерно 500 микрометров, до примерно 60% частиц вермикулита имеют размер от примерно 500 микрометров до примерно 1000 микрометров, до примерно 40% частиц вермикулита имеют размер от примерно 1000 микрометров до примерно 1500 микрометров и до примерно 20% частиц вермикулита имеют размер от примерно 1500 микрометров до примерно 3000 микрометров. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения вермикулит с высоким коэффициентом расширения может содержать, состоять по существу или состоять из частиц, характеризующихся следующим распределением: от примерно 25% до примерно 45% частиц имеют размер менее примерно 500 микрометров, от примерно 40% до 60% частиц имеют размер от примерно 500 микрометров до примерно 1000 микрометров, до примерно 20% частиц имеют размер от примерно 1000 микрометров до примерно 1500 микрометров и до примерно 10% частиц имеют размер от примерно 1500 микрометров до примерно 3000 микрометров. Согласно еще другим вариантам реализации изобретения вермикулит с высоким коэффициентом расширения может содержать, состоять по существу или состоять из частиц, характеризующиеся следующим распределением: от примерно 5% до примерно 20% частиц имеют размер менее примерно 500 микрометров, от примерно 35% до 60% частиц имеют размер от примерно 500 микрометров до примерно 1000 микрометров, от примерно 20% до примерно 40% частиц имеют размер от примерно 1000 микрометров до примерно 1500 микрометров и до примерно 20% частиц имеют размер от примерно 1500 микрометров до примерно 3000 микрометров.
[00082] Согласно еще другим вариантам реализации изобретения также можно использовать вермикулиты, которые были химически обработаны или иным образом модифицированы, так что их поведение при объемном расширении при нагревании подобно поведению вермикулитов с высоким коэффициентом расширения, описанных в настоящей заявке. Наряду с вермикулатом с высоким коэффициентом расширения, применимым в изделиях, например, панелях, некоторые варианты реализации настоящего изобретения содержат, по существу состоят или состоят из других вермикулитов, смесей вермикулитов и/или композиций, содержащих вермикулиты (и имеют другие размеры частиц и распределения частиц по размерам), а также из других зернистых материалов с сопоставимой способностью к расширению, которые обеспечивают характеристики усадки и расширения панелей, типичные для панелей, описанных в настоящей заявке. Кроме того, другие подходящие вермикулиты с высоким коэффициентом расширения и другие твердые частицы могут отличаться от описанных в настоящей заявке, в отношении того, что они не являются материалом, обеспечивающим получение огнестойких гипсовых изделий с пониженными массой и плотностью, описанных в настоящей заявке.
[00083] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения вермикулит с высоким коэффициентом расширения, применяемый в огнестойких гипсовых изделиях с пониженными массой и плотностью, содержит, состоит по существу или состоит из промышленного вермикулита марки 4 (маркировка США), который можно приобрести в различных источниках. Каждый из промышленных производителей может обеспечить технические требования в отношении физических свойств вермикулита с высоким коэффициентом расширения, такие как, например, твердость по шкале Мооса, общая влага, свободная влага, объемная плотность, удельное отношение, соотношение геометрических размеров, катионообменная емкость, растворимость, pH (в дистиллированной воде), степень расширения, температура расширения и температура плавления. Предполагают, что в различных вариантах реализации изобретения, в которых используют различные источники вермикулитов с высоким коэффициентом расширения, указанные физические свойства могут меняться.
[00084] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения частицы вермикулата с высоким коэффициентом расширения, в общем, распределены по всему среднему слою гипсовых изделий. Согласно другим вариантам реализации изобретения частицы вермикулита с высоким коэффициентом расширения в целом распределены равномерно по всему среднему слою гипсовых изделий.
[00085] В целом, вермикулит с высоким коэффициентом расширения может быть беспорядочно распределен по всем участкам с пониженной плотностью среднего слоя изделия. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения желательно иметь другое распределение вермикулита в более плотных частях изделия, такого как панель, например, в упомянутом гипсовом слое с повышенной плотностью, граничащим с лицевой стороной (сторонами) панели, или в частях среднего слоя с большей плотностью, расположенных вдоль краев панели. Согласно другим вариантам реализации изобретения вермикулит с высоким коэффициентом расширения можно по существу исключить из таких более плотных частей панелей, таких как упрочненные края и лицевые стороны панелей. Такие вариации в содержании и распределении частиц вермикулита в более плотных частях панелей могут быть результатом извлечения суспензии, используемой для изготовления среднего слоя, из смесителя, в котором получают суспензию среднего слоя, для применения в указанных частях панели путем введения вермикулита с помощью других подходящих средств в суспензию, предназначенную для получения участков среднего слоя панели с пониженной плотностью, путем использования бортовых смесителей или других способов, известных специалистам в данной области техники.
[00086] Также может иметь место значительное варьирование количества частиц с высоким коэффициентом расширения, распределенных по всему среднему слою, и конкретного распределения частиц в некоторых вариантах реализации изделий согласно настоящему изобретению, по сравнению с распределением частиц в других изделиях. Такие различия в количестве и распределении частиц с высоким коэффициентом расширения будут зависеть, наряду с другими факторами, от количества и вида вермикулита или других частиц, введенных в суспензию, размера частиц с высоким коэффициентом расширения и распределения по размерам, состава суспензии для получения среднего слоя и методов смешивания и распределения указанной суспензии для получения среднего слоя. Подобным образом распределение отдельных частиц, свойства частиц и размеры частиц внутри среднего слоя могут меняться и зависеть от подобных факторов при смешивании и распределении суспензии в процессе получения изделия.
[00087] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения распределение частиц с высоким коэффициентом расширения позволяет избежать случаев возникновения больших концентраций частиц с высоким коэффициентом расширения в тех частях среднего слоя изделия, которые значительно снижают конструкционную прочность и целостность среднего слоя при обычном использовании изделий или в условиях высоких температур и/или пожара. Сказанное выше не относится к незначительным различиям, возникающим при обычном промышленном производстве. Распределение частиц с высоким коэффициентом расширения также можно модифицировать в отношении концентрации частиц в одном или более частях среднего слоя для конкретных требуемых применений изделий.
[00088] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения распределение частиц с высоким коэффициентом расширения в среднем слое изделий с пониженной плотностью происходит во время смешивания суспензии для получения среднего слоя, прохождения указанной суспензии к первому покрывающему слою и/или распределения суспензии по всему облицовочному листу. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения при смешивании и получении суспензии для получения среднего слоя, в смеситель для получения суспензии среднего слоя можно добавить частицы с высоким коэффициентом расширения вместе с другими сухими или полусухими материалами. Альтернативным образом согласно другим вариантам реализации изобретения частицы с высоким коэффициентом расширения добавляют в других процедурах, стадиях или этапах, которые, в общем, позволяют распределить частицы с высоким коэффициентом расширения внутри требуемых частей среднего гипсового слоя изделия.
[00089] Кроме того, предполагают, что некоторые варианты реализации изобретения по существу не содержат какого-либо одного или более из твердых частиц с высоким коэффициентом расширения, например, вермикулита, как описано выше. В настоящей заявке "по существу не содержит" означает, что композиция содержит 0% масс. твердых частиц с высоким коэффициентом расширения в пересчете на массу штукатурного гипса или не содержит твердых частиц с высоким коэффициентом расширения, или содержит неэффективное или несущественное количество твердых частиц с высоким коэффициентом расширения. Примером неэффективного количества является количество ниже порогового значения, необходимого для достижения намеченной цели применения твердых частиц с высоким коэффициентом расширения, как будет понятно специалисту в данной области техники. Несущественное количество твердых частиц с высоким коэффициентом расширения может составлять, например, 0,1% или менее, 0,05% или менее, 0,01% или менее, 0,005% или менее или 0,001% или менее в пересчете на массу штукатурного гипса в зависимости от ингредиента, как будет понятно специалисту в данной области техники.
[00090] Крахмалы - Как будет понятно специалисту в данной области техники, варианты реализации состава суспензии для получения среднего слоя для применения при изготовлении гипсовых изделий, например, панелей, согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, содержат, состоят по существу или состоят из крахмала. В некоторых вариантах реализации панелей согласно настоящему изобретению, и способах получения таких панелей, состав суспензии для получения среднего слоя, такой как состав, приведенный в таблице Ia на фиг. 1, включает пептизированный крахмал или функционально-эквивалентный крахмал. Необработанный крахмал можно пептизировать путем варки крахмала в воде при температурах по меньшей мере 185°F (примерно 85°C) или с помощью других хорошо известных способов, вызывающих гелеобразование в крахмале, используемом в среднем слое изделия. Крахмал можно ввести в суспензию для получения среднего слоя в сухой форме, предварительно диспергированной жидкой форме или в виде комбинаций обеих форм. В сухой форме крахмал можно внести в смеситель для получения суспензии среднего слоя вместе с другими сухими ингредиентами или с применением процедуры, стадии или этапа раздельного добавления. В предварительно диспергированной форме, крахмал можно добавить вместе с другими жидкими ингредиентами, такими как вода для затворения, например, или с применением процедуры, стадии или этапа раздельного добавления.
3
3
[00091] Некоторые примеры легко доступных пептизированных крахмалов, которые можно использовать при практическом применении настоящего изобретения, представляют собой коммерчески доступный предварительно желатинизированный крахмал из муки желтозерной кукурузы, поставляемый компанией Cargill, Inc. или компанией Archer Daniels Midland Со. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения крахмальный компонент содержит, состоит по существу или состоит из по меньшей мере пептизированного кукурузного крахмала, такого как пептизированная кукурузная мука, поставляемая компанией Bunge Milling, Сент-Луис, Миссури. Такие пептизированные крахмалы имеют следующие типичные характеристики: влажность примерно 7,5%, содержание белка примерно 8,0%, содержание масла примерно 0,5%, содержание необработанного волокна примерно 0,5%, содержание золы примерно 0,3%; прочность до обжига примерно 0,48 psi (фунта на квадратный дюйм); и объемная плотность примерно 35 фунт/фут (примерно 560 кг/м). Согласно еще другим вариантам реализации изобретения состав суспензии для получения среднего слоя содержит, состоит по существу или состоит из одного или более коммерчески доступных гидроксиэтилированных крахмалов, подходящих для целей настоящего изобретения.
[00092] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения состав суспензии для получения среднего слоя содержит гидроксиэтилированный крахмал. В настоящей заявке "гидроксиэтилированный крахмал" представляет собой природный, модифицированный или обработанный крахмал, который прореагировал с подходящим реагентом, что привело к функционализации части свободных гидроксильных групп, содержащихся в крахмале, гидроксиэтильными группами. Гидроксиэтилированные крахмалы иногда называют этилированными крахмалами. Крахмал можно модифицировать или обработать перед гидроксиэтилированием или после него путем, например, декстринизации, кислотной модификации, ферментной модификации, механического сдвига, этерификации, эстерификации, сшивания, катионирования и т.п. или с применением любой комбинации указанных способов.
3
3
[00093] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно использовать гидроксиэтилированный крахмал, который можно приобрести в компании Grain Processing Corporation, Маскатин, Айова, и который продается на рынке в виде этилированного кукурузного крахмала COATMASTER K98F. Согласно другим вариантам реализации изобретения можно использовать гидроксиэтилированный крахмал, который можно приобрести в компании PacMoore Products, Хаммонд, Индиана, и который продается на рынке в виде S-Size 30 G. Согласно другим вариантам реализации изобретения крахмал может представлять собой 2015 Gum или 2040 Gum от компании Tate & Lyle. Согласно еще другим вариантам реализации изобретения можно использовать другой подходящий гидроксиэтилированный крахмал, который содержит модифицированный кукурузный крахмал со следующими типичными характеристиками: влажность от 10 до 13%, pH от 5,0 до 7,5, частицы, проходящие через сито с размером 100 меш составляют 95%, удельная масса примерно 1,50, молекулярная масса больше примерно 10000 г/моль, и объемная плотность примерно 35 фунт/фут (примерно 560 кг/м). Любой из приведенных выше крахмалов можно использовать по отдельности или в комбинации. Согласно еще другим вариантам реализации изобретения можно использовать и другие гидроксиэтилированные крахмалы по отдельности или в комбинации. См. также публикацию заявки на патент США №2008/0070026, включенную в настоящую заявку посредством ссылки.
3
[00094] Согласно другим вариантам реализации изобретения гипсовое изделие содержит, состоит по существу или состоит из других применимых крахмалов, в том числе кислотно-модифицированных крахмалов, таких как кислотно-модифицированная кукурузная мука, доступная в виде HI-BOND от компании Bunge Milling, Сент-Луис, Миссури. Такой крахмал имеет следующие типичные характеристики: влажность примерно 10,0%, содержание масла примерно 1,4%, содержание веществ, растворимых в холодной воде, примерно 17,0%, щелочная текучесть примерно 98,0%, объемная плотность примерно 30 фунт/фут, при этом примерно 20% суспензии создает pH примерно 4,3. Другой подходящий крахмал представляет собой непептизированный пшеничный крахмал, такой как ECOSOL-45, поставляемый компанией ADM/Ogilvie, Монреаль, Квебек, Канада.
[00095] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения гипсовое изделие содержит, состоит по существу или состоит из более чем одного из таких видов крахмалов, описанных в настоящей заявке. Согласно другим вариантам реализации изобретения гипсовое изделие содержит, состоит по существу или состоит из одного или более крахмалов, которые могут быть модифицированы с помощью более чем одного способа. Например, как описано выше, крахмал может быть гидроксиэтилирован и, например, модифицирован кислотой. Кроме того, в качестве другого примера, необработанный крахмал можно подвергнуть варке для осуществления пептизирования и затем модифицировать кислотой. В качестве еще одного примера крахмал можно гидроксиэтилировать, пептизировать и модифицировать кислотой. Как описано выше, любой из крахмалов в гипсовом изделии можно модифицировать с применением одного или более способов, как описано в настоящей заявке.
[00096] Кроме того, некоторые варианты реализации изобретения по существу не содержат какого-либо одного или более из крахмалов, например, пептизированных крахмалов, описанных выше. В настоящей заявке "по существу не содержит" означает, что композиция содержит 0% масс. крахмала в пересчете на массу штукатурного гипса или не содержит крахмала, или содержит неэффективное или несущественное количество крахмала. Примером неэффективного количества является количество ниже порогового значения, необходимого для достижения намеченной цели применения крахмала, как будет понятно специалисту в данной области техники. Несущественное количество крахмала может составлять, например, 0,1% или менее, 0,05% или менее, 0,01% или менее, 0,005% или менее или 0,001% или менее в пересчете на массу штукатурного гипса в зависимости от ингредиента, как будет понятно специалисту в данной области техники.
[00097] Волокна - В некоторых вариантах реализации, в которых используют волокна, такие как волокна, приведенные в таблице Ia на фиг. 1, и способах получения таких панелей, волокна содержат, по существу состоят или состоят из минеральных волокон, углеродных волокон и/или стекловолокон и смеси таких волокон, а также других сопоставимых волокон, обеспечивающих панели соизмеримые преимущества. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения в суспензию гипсового среднего слоя и образующуюся кристаллическую структуру среднего слоя вводят стекловолокно. Средняя длина стекловолокон согласно некоторым из таких вариантов реализации изобретения может составлять от примерно 0,5 дюймов (примерно 13 мм) до примерно 0,75 дюймов (примерно 19 мм), и диаметр может составлять от примерно 11 микрон до примерно 17 микрон. Согласно другим вариантам реализации изобретения средняя длина такого стекловолокна может составлять от примерно 0,5 (примерно 13 мм) до примерно 0,675 дюймов (примерно 17 мм), и диаметр может составлять от примерно 13 микрон до примерно 16 микрон. Согласно еще другим вариантам реализации изобретения используют Е-стекловолокно с температурой размягчения выше примерно 800°C, и одним из таких видов волокна является стекловолокно Advantex (поставляемое компанией Owens Corning) с температурой размягчения выше по меньшей мере примерно 900°C. Вместо или в комбинации со стеклянными волокнами, такими как указанные выше волокна, можно применять минеральную вату или углеродные волокна, такие как волокна, известные среднему специалисту в данной области техники.
[00098] Кроме того, некоторые варианты реализации изобретения по существу не содержат какого-либо одного или более из волокон, описанных выше. В настоящей заявке "по существу не содержат" означает, что композиция содержит 0% масс. волокна в пересчете на массу штукатурного гипса, или не содержит волокна, или содержит неэффективное или несущественное количество волокна. Примером неэффективного количества является количество ниже порогового значения, необходимого для достижения намеченной цели применения волокна, как будет понятно среднему специалисту в данной области техники. Несущественное количество волокна может составлять, например, 0,1% или менее, 0,05% или менее, 0,01% или менее, 0,005% или менее или 0,001% или менее в пересчете на массу штукатурного гипса в зависимости от ингредиента, как будет понятно среднему специалисту в данной области техники.
[00099] Фосфаты - Согласно некоторым вариантам реализации изобретения к гипсовой суспензии, используемой для получения гипсового изделия, например, гипсового среднего слоя панели, добавляют фосфатную соль или другой источник фосфатных ионов, таких как приведенные в таблице Ia на фиг. 1. Гипсовое изделие содержит, состоит по существу или состоит из фосфата. Применение указанных фосфатов может способствовать получению гипсового среднего слоя с повышенной прочностью, стойкостью к остаточной деформации (например, устойчивостью к провисанию потеков) и стабильностью размеров по сравнению со отвержденным гипсом, полученным из смеси, не содержащей фосфата. Согласно некоторым из таких вариантов реализации изобретения источник фосфата добавляют в количествах, обеспечивающих изделию и среднему слою изделия стабильность размеров или прочность во влажном состоянии, несмотря на то, что полугидрат гипса в среднем слое гидратируется и образует кристаллическую структуру среднего слоя на основе двуводного гипса (например, в промежутке времени между формированием плиты и обжигом в процессе получения). Кроме того, следует отметить, что поскольку добавленный фосфат действует как замедлитель схватывания, можно добавить подходящий ускоритель схватывания до уровня необходимого, чтобы преодолеть любое неблагоприятное замедляющее воздействие фосфата. Фосфаты обычно добавляют в сухой форме и/или жидкой форме, вместе с сухими ингредиентами, как правило, добавляемыми в смеситель для получения суспензии, и жидкими ингредиентами, добавляемыми в смеситель, или с применением других стадий или процедур.
[000100] Фосфатсодержащие компоненты, которые можно использовать в настоящем изобретении, включают водорастворимые компоненты, и могут быть в форме иона, соли или кислоты, а именно, конденсированных фосфорных кислот, каждая из которых содержит два или более звеньев фосфорной кислоты; солей или ионов конденсированных фосфатов, каждый из которых содержит два или более фосфатных звена; и одноосновных солей или одновалентных ионов ортофосфатов, таких как рассмотренные, например, в патентах США №№6342284, 6632550 и 6815049, описания которых включены в настоящую заявку посредством ссылки. Подходящие примеры таких классов фосфатов будут очевидны специалистам в данной области техники. Например, любое подходящее одноосновное содержащее ортофосфат соединение можно использовать при практическом применении принципов настоящего изобретения, в том числе, но не ограничиваясь ими, моноаммонийфосфат, мононатрийфосфат, монокалийфосфат и их комбинации. Предпочтительная одноосновная фосфатная соль представляет собой монофосфат калия.
[000101] Подобным образом согласно настоящему изобретению можно использовать любую подходящую водорастворимую полифосфатную соль. Полифосфат может быть циклическим или ациклическим. Типичные циклические полифосфаты включают, например, триметафосфатные соли и тетраметафосфатные соли. Триметафосфатную соль можно выбрать, например, из триметафосфата натрия (также называемого в настоящей заявке STMP), триметафосфата калия, триметафосфата лития, триметафосфата аммония и т.п. или их комбинаций.
[000102] Кроме того, согласно настоящему изобретению можно использовать любую подходящую водорастворимую ациклическую полифосфатную соль. Ациклическая полифосфатная соль содержит по меньшей мере два фосфатных звена. В качестве примера, подходящие ациклические полифосфатные соли в соответствии с настоящим изобретением включают, но не ограничиваются ими, пирофосфаты, триполифосфаты, гексаметафосфат натрия, содержащий от примерно шести до примерно 27 повторяющихся фосфатных звеньев, гексаметафосфат калия, содержащий от примерно шести до примерно 27 повторяющихся фосфатных звеньев, гексаметафосфат аммония, содержащий от примерно шести до примерно 27 повторяющихся фосфатных звеньев и их комбинации. Предпочтительная ациклическая полифосфатная соль согласно настоящему изобретению коммерчески доступна в виде CALGON, поставляемого компанией ICL Performance Products LP, Сент-Луис, Миссури, который представляет собой гексаметафосфат натрия, содержащий от примерно шести до примерно 27 повторяющихся фосфатных звеньев.
3
3
n+2
n
3n+1
4
2
7
3
2
3
10
5
3
10
4
2
7
3
3
2
2
2
7
4
n+2
n
3n+1
n+2
n
3n+1
[000103] Фосфатсодержащее соединение предпочтительно выбрано из группы, состоящей из триметафосфата натрия, имеющего молекулярную формулу (NaPO), гексаметафосфата натрия, содержащего от примерно шести до примерно 27 повторяющихся фосфатных звеньев и имеющего молекулярную формулу NaPO, при этом n=6-27, тетракалийпирофосфата, имеющего молекулярную формулу KPO, тринатрийдикалийтриполифосфата, имеющего молекулярную формулу NaKPO, триполифосфата натрия, имеющего молекулярную формулу NaPO, тетранатрийпирофосфата, имеющего молекулярную формулу NaPO, триметафосфата алюминия, имеющего молекулярную формулу Al(РО), кислого пирофосфата натрия, имеющего молекулярную формулу NaHPO, полифосфата аммония, содержащего от 1000 до 3000 повторяющихся фосфатных звеньев и имеющего молекулярную формулу (NH)PO, при этом n=1000-3000, или полифосфорной кислоты, содержащей два или более повторяющихся звеньев фосфорной кислоты и имеющей молекулярную формулу HPO, при этом n представляет собой два или более. Триметафосфат натрия является наиболее предпочтительным и поставляется компанией ICL Performance Products LP, Сент-Луис, Миссури.
[000104] Кроме того, некоторые варианты реализации изобретения по существу не содержат какого-либо одного или более из фосфатов, например, триметафосфата натрия, описанного выше. В настоящей заявке "по существу не содержат" означает, что композиция содержит 0% масс. фосфата в пересчете на массу штукатурного гипса, или не содержит фосфата, или содержит неэффективное или несущественное количество фосфата. Примером неэффективного количества является количество ниже порогового значения, необходимого для достижения намеченной цели применения фосфата, как будет понятно среднему специалисту в данной области техники. Несущественное количество фосфата может составлять, например, 0,001% или менее, 0,0005% или менее или 0,0001% или менее в пересчете на массу штукатурного гипса в зависимости от ингредиента, как будет понятно среднему специалисту в данной области техники.
[000105] Диспергаторы - Согласно другим вариантам реализации изобретения диспергаторы, такие как диспергаторы, приведенные в таблице Ia на фиг. 1, могут быть включены в суспензию гипсового среднего слоя. Гипсовые изделия, описанные в настоящей заявке, могут содержать, состоять по существу или состоять из диспергатора. Диспергаторы можно добавить в смеситель для получения суспензии в сухой форме вместе с другими сухими ингредиентами и/или в жидкой форме вместе с другими жидкими ингредиентами или с помощью других стадий или процедур.
[000106] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения указанные диспергаторы могут включать нафталинсульфонаты, так как полинафталинсульфокислота и ее соли (полинафталинсульфонаты) и производные, которые представляют собой продукты конденсации нафталинсульфокислот и формальдегида. Такие предпочтительные полинафталинсульфонаты включают нафталинсульфонат натрия и кальция. Средняя молекулярная масса нафталинсульфонатов может составлять от примерно 3000 до 27000, хотя предпочтительно, чтобы молекулярная масса составляла примерно от 8000 до 10000. В водном растворе при заданном процентном содержании твердой фазы, диспергатор с более высокой молекулярной массой имеет более высокую вязкость и требует повышенного содержания воды в составе, чем диспергатор с более низкой молекулярной массой.
[000107] Подходящие нафталинсульфонаты включают DILOFLO, поставляемый компанией GEO Specialty Chemicals, Кливленд, Огайо; DAXAD, поставляемый компанией Hampshire Chemical Corp., Лексингтон, Массачусетс; и LOMAR D, поставляемый компанией GEO Specialty Chemicals, Лафейетт, Индиана. Нафталинсульфонаты предпочтительно используют в виде водных растворов при содержании твердой фазы в диапазоне, например, от примерно 35% до примерно 55% по массе. Наиболее предпочтительно использовать нафталинсульфонаты в форме водного раствора, например, при содержании твердой фазы в диапазоне от примерно 40% до примерно 45% по массе. В качестве альтернативы, при необходимости, нафталинсульфонаты можно использовать в сухой твердой форме или порошковой форме, такой как LOMAR D, например.
[000108] В качестве альтернативы согласно другим вариантам реализации изобретения можно использовать диспергаторы, известные специалистам в данной области техники, применяемые для улучшения текучести гипсовых суспензий, такие как поликарбоксилатные диспергаторы. Ряд поликарбоксилатных диспергаторов, особенно поликарбоксильные простые эфиры, являются предпочтительными типами диспергаторов. Один из предпочтительных классов диспергаторов, применяемых в суспензии, включает два повторяющихся звена и дополнительно описан в патенте США 7767019, озаглавленном "Gypsum Products Utilizing a Two-Repeating Unit System and Process for Making Them", который включен в настоящую заявку посредством ссылки. Примерами указанных диспергаторов являются продукты компании BASF Construction Polymers, GmbH (Тростберг, Германия) и продукты, поставляемые компанией BASF Construction Polymers, Inc. (Кеннессо, Джорджия) (далее "BASF"), называемые в дальнейшем "диспергаторами типа РСЕ211". Особенно подходящий диспергатор из серии диспергаторов типа РСЕ211 обозначают как РСЕ211 (далее "211"). Другие полимеры из указанной серии, подходящие для настоящего изобретения, включают РСЕ111. Диспергаторы типа РСЕ211 более подробно описаны в патенте США №11/827722 (публикация № US 2007/0255032 А1), заявка подана 13 июля 2007 года и озаглавленном "Polyether-Containing Copolymer", который включен в настоящую заявку посредством ссылки.
[000109] Молекулярная масса одного из видов таких диспергаторов типа РСЕ211 может составлять от примерно 20000 до примерно 60000 Дальтон. Было обнаружено, что диспергаторы с более низкой молекулярной массой вызывают меньшее замедление времени схватывания, чем диспергаторы с молекулярной массой более 60000 Дальтон. В целом, большая длина боковых цепей, которая приводит к увеличению общей молекулярной массы, обеспечивает лучшую диспергируемость. Однако испытания с применением гипса свидетельствуют, что эффективность диспергатора уменьшается при молекулярных массах выше 50000 Дальтон.
[000110] Другой класс поликарбоксилатных соединений, которые используют в качестве диспергаторов в настоящем описании, рассмотрен в патенте США №6777517, включенном в настоящую заявку посредством ссылки, и далее называется "диспергатор типа 2641". Примеры диспергаторов типа РСЕ211 и типа 2641 выпускаются компанией BASF Construction Polymers, GmbH (Тростберг, Германия) и поставляются на рынок в Соединенные Штаты компанией BASF Construction Polymers, Inc. (Кеннессо, Джорджия). Предпочтительные диспергаторы типа 2641 можно приобрести в компании BASF в виде диспергаторов MELFLUX 264IF, MELFLUX 2651F и MELFLUX 2500L.
[000111] Другая предпочтительная группа диспергаторов продается компанией BASF и называется "диспергаторами типа 1641". Диспергатор типа 1641 более подробно описан в патенте США №5798425, включенном в настоящую заявку посредством ссылки. Один из таких диспергаторов типа 1641 продается на рынке компанией BASF в виде диспергатора MELFLUX 164IF. Другие диспергаторы, которые можно использовать в настоящем изобретении, включают другие поликарбоксилатные простые эфиры, такие как СОАТЕХ Ethacryl М, поставляемый компанией Coatex, Inc., Честер, Южная Каролина, и лигносульфонаты или сульфированный лигнин. Лигносульфонаты представляют собой водорастворимые анионные полиэлектролитные полимеры, побочные продукты при производстве древесной массы с использованием сульфитной варки. Один из примеров лигнина, применимого в настоящем изобретении, представляет собой Marasperse С-21, поставляемый компанией Reed Lignin Inc., Гринвич, Коннектикут.
[000112] Кроме того, некоторые варианты реализации изобретения по существу не содержат какого-либо одного или более из диспергаторов, например, нафталинсульфоната, описанного выше. В настоящей заявке "по существу не содержат" означает, что композиция содержит 0% масс. диспергатора в пересчете на массу штукатурного гипса, или не содержит диспергатора, или содержит неэффективное или несущественное количество диспергатора. Примером неэффективного количества является количество ниже порогового значения, необходимого для достижения намеченной цели применения диспергатора, как будет понятно среднему специалисту в данной области техники. Несущественное количество диспергатора может составлять, например, 0,1% или менее, 0,05% или менее, 0,01% или менее, 0,005% или менее или 0,001% или менее в пересчете на массу штукатурного гипса в зависимости от ингредиента, как будет понятно среднему специалисту в данной области техники.
2
2
[000113] Замедлители схватывания/ускорители - Замедлители схватывания (до примерно 2 фунт/тыс.кв. футов (приблизительно 9,8 г/м) в панелях толщиной 5/8 дюйма) или сухие ускорители (до примерно 35 фунт/тыс.кв. футов (приблизительно 170 г/м) в панелях толщиной 5/8 дюйма) можно добавлять к некоторым вариантам реализации суспензии для получения среднего слоя с целью изменения скорости реакции гидратации штукатурного гипса. Гипсовые изделия, описанные в настоящей заявке, могут содержать, состоять по существу или состоять из замедлителя /ускорителя схватывания. "CSA" представляет собой пример предпочтительного ускорителя схватывания, содержащего примерно 95% дигидрата сульфата кальция, измельченного вместе с примерно 5% сахара и нагретого до 250°F. (1-21°C) для карамелизирования сахара. CSA поставляется компанией USG Corporation и может быть получен согласно патенту США №3573947, который включен в настоящую заявку посредством ссылки. Сульфат калия представляет собой еще один пример предпочтительного ускорителя. "HRA", который является еще одним типичным предпочтительным ускорителем, представляет собой дигидрат сульфата кальция, свежеизмельченный с сахаром при соотношении от примерно 5 до примерно 25 фунтов сахара на 100 фунтов дигидрата сульфата кальция. HRA дополнительно описан в патент США №2078199, который включен в настоящую заявку посредством ссылки.
2
[000114] Еще один ускоритель, известный как влажный гипсовый ускоритель или "WGA", также является предпочтительным ускорителем. Описание применения и способа получения влажного гипсового ускорителя приведено в патенте США №6409825, который включен в настоящую заявку посредством ссылки. Указанный ускоритель включает по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, состоящей из органического фосфонового соединения, фосфатсодержащего соединения или их смесей. Такой специфический ускоритель проявляет значительную долговечность и сохраняет свою эффективность в течение долгого времени, так что указанный влажный гипсовый ускоритель можно получать, хранить и даже транспортировать перед применением на длительные расстояния. Влажный гипсовый ускоритель можно использовать в количествах, меняющихся от примерно 5 до примерно 80 фунтов на тысячу квадратных футов (приблизительно от 24,3 до 390 г/м) в случае стеновой плиты толщиной 5/8 дюйма.
[000115] Кроме того, некоторые варианты реализации изобретения по существу не содержат какого-либо одного или более из замедлителей/ускорителей схватывания, описанных выше. В настоящей заявке "по существу не содержат" означает, что композиция содержит 0% масс. замедлителя/ускорителя схватывания в пересчете на массу штукатурного гипса, или не содержит замедлителя/ускорителя схватывания, или содержит неэффективное или несущественное количество замедлителя/ускорителя схватывания. Примером неэффективного количества является количество ниже порогового значения, необходимого для достижения намеченной цели применения замедлителя схватывания/ускорителя, как будет понятно специалисту в данной области техники. Несущественное количество замедлителя/ускорителя схватывания может составлять, например, 0,1% или менее, 0,05% или менее, 0,01% или менее, 0,005% или менее или 0,001% или менее в пересчете на массу штукатурного гипса в зависимости от ингредиента, как будет понятно специалисту в данной области техники.
[000116] Пены - Пену можно ввести в суспензию для получения среднего слоя в количествах, которые обеспечивают пониженные плотность среднего слоя и массу изделия. Гипсовые изделия, описанные в настоящей заявке, могут содержать, состоять по существу или состоять из пены. Введение пены в суспензию среднего слоя в нужных количествах, составы и процессы позволяют получить требуемую сеть и распределение воздушных пустот и стенок между воздушными пустотами внутри среднего слоя готовых высушенных изделий. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения размеры воздушных пустот, их распределения и/или толщина стенок между воздушными пустотами, обеспечиваемые композицией пены и системой введения пены, согласуются с характеристиками, рассмотренными в настоящей заявке, а также характеристиками, придающими изделиям сопоставимые плотность, прочность и связанные с ними свойства. Такая структура воздушных пустот позволяет уменьшить содержание гипса и других компонентов среднего слоя, а также плотность и массу среднего слоя при сохранении по существу (или в некоторых случаях улучшении) прочностных свойств изделия, таких как, помимо прочего, прочность на сжатие среднего слоя, и жесткость панели, прочность на изгиб, сопротивление протаскиванию гвоздей.
[000117] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения при номинальной толщине панели примерно 5/8-дюйма, гипсовая панель согласно настоящему изобретению и способы ее получения позволяют получить панель, сопротивление протаскиванию гвоздей которой, определенное согласно стандарту ASTM С473-09, составляет по меньшей мере примерно 70 фунтов (примерно 32 кг). Согласно другим вариантам реализации изобретения сопротивление протаскиванию гвоздей указанной панели, определенное согласно стандарту ASTM С473-09, может составлять по меньшей мере примерно 85 фунтов (примерно 39 кг).
[000118] Согласно некоторым таким вариантам реализации изобретения средний эквивалентный сферический диаметр воздушных пустот может составлять по меньшей мере примерно 75 мкм, и согласно другим вариантам реализации изобретения по меньшей мере примерно 100 мкм. Согласно некоторым другим вариантам реализации изобретения средний эквивалентный сферический диаметр воздушных пустот может составлять от примерно 75 мкм до примерно 400 мкм. Согласно еще другим вариантам реализации изобретения средний эквивалентный сферический диаметр воздушных пустот может составлять от примерно 100 мкм до примерно 350 мкм при стандартном отклонении от примерно 100 до примерно 225. Согласно другим вариантам реализации изобретения средний эквивалентный сферический диаметр воздушных пустот может составлять от примерно 125 мкм до примерно 325 мкм при стандартном отклонении от примерно 100 до примерно 200.
[000119] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения от примерно 15% до примерно 70% воздушных пустот содержат, по существу состоят или состоят из пустот с эквивалентным сферическим диаметром, равным примерно 150 мкм или менее. Согласно другим вариантам реализации изобретения от примерно 45% до примерно 95% воздушных пустот содержат, по существу состоят или состоят из пустот с эквивалентным сферическим диаметром, равным примерно 300 мкм или менее, и от примерно 5% до примерно 55% воздушных пустот содержат, по существу состоят или состоят из пустот с эквивалентным сферическим диаметром, равным примерно 300 мкм или более. Согласно другим вариантам реализации изобретения от примерно 45% до примерно 95% воздушных пустот содержат, по существу состоят или состоят из пустот с эквивалентным сферическим диаметром, равным примерно 300 мкм или менее, и от примерно 5% до примерно 55% воздушных пустот содержат, по существу состоят или состоят из пустот с эквивалентным сферическим диаметром, равным от примерно 300 мкм до примерно 600 мкм. В настоящей заявке при обсуждении средних размеров воздушных пустот, пустоты в среднем гипсовом слое, составляющие примерно 5 мкм или менее, не учитываются при расчете количества воздушных пустот или среднего размера воздушных пустот.
[000120] Согласно указанным и некоторым другим вариантам реализации изобретения толщина, распределение и расположение стенок между пустотами в таких вариантах реализации, сами по себе и/или в комбинации с требуемым распределением воздушных пустот по размерам и их расположением, также позволяют снизить плотность и массу среднего слоя изделия при сохранении по существу (или в некоторых случаях улучшении) прочностных свойств изделия. Согласно некоторым таким вариантам реализации изобретения средняя толщина стенок, разделяющих воздушные пустоты, может составлять по меньшей мере примерно 25 мкм. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения стенки, ограничивающие и разделяющие воздушные пустоты в гипсовом среднем слое, содержат, состоят по существу или состоят из стенок, средняя толщина которых составляет от примерно 25 мкм до примерно 200 мкм, от примерно 25 мкм до примерно 75 мкм согласно другим вариантам реализации изобретения и от примерно 25 мкм до примерно 50 мкм согласно еще другим вариантам реализации изобретения. Согласно еще другим вариантам реализации изобретения стенки, ограничивающие и разделяющие воздушные пустоты в гипсовом среднем слое, содержат, состоят по существу или состоят из стенок, средняя толщина которых составляет от примерно 25 мкм до примерно 75 мкм при стандартном отклонении от примерно 5 до примерно 40. Согласно еще другим вариантам реализации изобретения стенки, ограничивающие и разделяющие воздушные пустоты в гипсовом среднем слое, содержат, состоят по существу или состоят из стенок, средняя толщина которых составляет от примерно 25 мкм до примерно 50 мкм при стандартном отклонении от примерно 10 до примерно 25.
[000121] Не будучи связанными теорией, полагают, что варианты реализации изобретения с приведенными распределениями воздушных пустот по размерам и их расположениями и толщиной и распределениями стенок, способствуют улучшению высокотемпературных свойств гипсового изделия, например, при применении вместе с вермикулитом с высоким коэффициентом расширения, описанным в настоящей заявке. Полагают, что пустота в пене и толщина стенок способствуют снижению или по существу противодействуют возникновению значительного количества дефектов в структуре гипсового среднего слоя при расширении вермикулита с высоким коэффициентом расширения в условиях высоких температур.
[000122] Примеры применения пенообразующих агентов для получения требуемых структур из пустот и стенок включают структуры, рассмотренные в патенте США №5643510, описание которого включено в настоящую заявку посредством ссылки. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения в смеси для получения суспензии среднего слоя можно использовать комбинацию первого более стабильного пенообразующего агента и второго менее стабильного пенообразующего агента. Согласно другим вариантам реализации изобретения применяют только один вид пенообразующего агента, при условии выполнения требований касательно требуемой плотности и прочности продукта. Указанные подходы в отношении добавления пен к суспензии среднего слоя известны в данной области техники, и примеры такого подхода обсуждаются в патентах США №№5643510 и 5683635, описания которых включены в настоящую заявку посредством ссылки.
[000123] Кроме того, некоторые варианты реализации изобретения по существу не содержат какого-либо одной или более из пен, описанных выше. В настоящей заявке "по существу не содержат" означает, что композиция содержит 0% масс. пены в пересчете на массу штукатурного гипса, или не содержит пены, или содержит неэффективное или несущественное количество пены. Примером неэффективного количества является количество ниже порогового значения, необходимого для достижения намеченной цели применения пены, как будет понятно среднему специалисту в данной области техники. Несущественное количество пены может составлять, например, 0,1% или менее, 0,05% или менее, 0,01% или менее, 0,005% или менее или 0,001% или менее в пересчете на массу штукатурного гипса в зависимости от ингредиента, как будет понятно среднему специалисту в данной области техники.
[000124] Силоксаны - Согласно некоторым вариантам реализации изобретения водостойкость гипсовых изделий согласно настоящему изобретению, например, панелей, можно улучшить путем добавления к суспензии, применяемой для получения панелей, способного к полимеризации силоксана. Гипсовые изделия могут содержать, состоять по существу или состоять из силоксанов. Силоксан предпочтительно добавляют в форме эмульсии. Затем суспензии придают форму и высушивают в условиях, которые стимулируют полимеризацию силоксана с образованием высокосшитой силиконовой смолы. К суспензии гипса можно добавить катализатор, который способствует полимеризации силоксана с образованием высокосшитой силиконовой смолы.
[000125] В общем, силоксан предпочтительно представляет собой текучий линейный модифицированный водородом силоксан, но также может представлять собой циклический силоксан, модифицированный водородом. Указанные силоксаны способны образовывать высокосшитые силиконовые смолы. Такие жидкости хорошо известны специалистам в данной области техники, являются коммерчески доступными и описаны в патентной литературе. Как правило, линейные модифицированные водородом силоксаны, применимые в настоящем изобретении, содержат, состоят по существу или состоят из силоксанов, содержащих повторяющиеся звенья общей формулы:
где R представляет собой насыщенный или ненасыщенный одновалентный углеводородный радикал. Согласно предпочтительным вариантам реализации изобретения R представляет собой алкильную группу и, наиболее предпочтительно, R представляет собой метальную группу. В ходе полимеризации, концевые группы могут быть удалены за счет конденсации, и силоксановые группы соединяются вместе с получением силиконовой смолы. Также может происходить сшивание таких цепей. Образовавшаяся силиконовая смола придает водостойкость гипсовой матрице, когда она образуется.
[000126] В качестве силоксана предпочтительно использовать не содержащий растворителя жидкий метилводородный силоксан, который можно приобрести под торговой маркой SILRES BS 94 в компании Wacker-Chemie GmbH (Мюнхен, Германия). Производитель указывает, что этот продукт представляет собой силоксановую жидкость, не содержащую воды или растворителей. Можно использовать от примерно 0,3 до примерно 1,0% силоксана BS 94 в пересчете на массу сухих ингредиентов. Предпочтительно использовать от примерно 0,4% до примерно 0,8% силоксана в пересчете на массу сухого штукатурного гипса.
[000127] Силоксан можно получить в виде эмульсии или стабильной суспензии с водой. Несколько силоксановых эмульсий рассмотрены с точки зрения применения в указанной суспензии. Также можно приобрести эмульсии силоксана в воде, но они могут содержать эмульгирующие агенты, которые обычно модифицируют свойства гипсовых изделий, такие как связь с бумагой в гипсовых изделиях. Поэтому предпочтительными являются эмульсии или стабильные суспензии, полученные без применения эмульгаторов. Предпочтительно, если суспензия будет получена in situ путем смешивания силоксановой жидкости с водой. Силоксановую суспензию поддерживают в стабильном состоянии до применения, и она остается хорошо диспергированной в условиях суспензии. Силоксановую суспензию или эмульсию поддерживают в хорошо диспергированном состоянии в присутствии возможных добавок, таких как ускорители схватывания, которые могут содержаться в суспензии. Силоксановую суспензию или эмульсию поддерживают таким образом, что она остается стабильной во время протекания стадий, в которых также получают гипсовые изделия. Суспензия предпочтительно остается стабильной в течение более чем 40 минут. Более предпочтительно, она остается стабильной в течение по меньшей мере одного часа. Подразумевают, что термин "эмульсия" включает устойчивые эмульсии и суспензии, стабильные по меньшей мере до момента затвердения штукатурного гипса на 50%.
2
[000128] Реакция полимеризации силоксана протекает медленно сама по себе, что требует хранения изделий в течение времени, достаточного для приобретения водостойкости перед перевозкой. Как известно, катализаторы ускоряют реакцию полимеризации, сокращая или устраняя время, необходимое для хранения гипсовых изделий, пока развивается водостойкость. Применение намертво обожженного оксида магния для полимеризации силоксана описано в патенте США №7892472, озаглавленном "Method of Making Water-Resistant Gypsum-Based Article", который включен в настоящую заявку посредством ссылки. Намертво обожженный оксид магния нерастворим в воде и меньше взаимодействует с другими компонентами суспензии. Он ускоряет отверждение силоксана и, в некоторых случаях, приводит к более полному отверждению силоксана. Он коммерчески доступен при постоянном составе. Конкретным предпочтительным источником намертво обожженного оксида магния является BAYMAG 96. Его удельная поверхность по методу БЭТ составляет по меньшей мере 0,3 м/г. Потери при прокаливании составляют менее примерно 0,1% по массе. Оксид магния предпочтительно используют в количествах, составляющих от примерно 0,1% до примерно 0,5% в пересчете на массу сухого штукатурного гипса.
[000129] На рынке существуют по меньшей мере три марки оксида магния в зависимости от температуры обжига. «Намертво обожженный» оксид магния обжигают при температуре в диапазоне от 1500°C до 2000°C, что устраняет большую часть, если не всю, химической активности. Примером "намертво обожженного" оксида магния является MagChem P98-PV (Martin Marietta Magnesia Specialties, Бетесда, Мэриленд). BayMag 96 (Baymag, Inc., Калгари, Альберта, Канада) и MagChem 10 (Martin Marietta Magnesia Specialties, Бетесда, Мэриленд) представляют собой примеры «сильно обожженного» оксида магния. «Сильно обожженный» оксид магния обжигают при температурах в диапазоне от 1000°C до примерно 1500°C. Он имеет узкий диапазон реакционной способности, высокую плотность и обычно используется в тех случаях, когда необходимо медленное разрушение или низкая химическая реакционная способность, например, в комбикорме и удобрении. Третья марка представляет собой «слабо обожженный» или «каустический» оксид магния, получаемый обжигом при температурах от примерно 700°C до примерно 1000°C. Такой вид оксида магния используют в широком диапазоне применений, включая переработку пластика, резины, бумаги и целлюлозы, добавки в стальные паровые котлы, адгезивы и нейтрализацию кислот. Примеры слабообожженной магнезии включают BayMag 30, BayMag 40 и BayMag 30 (-325 меш) (BayMag, Inc., Калгари, Альберта, Канада).
[000130] Как отмечается в патенте США №7803226, который включен в настоящую заявку посредством ссылки, предпочтительные катализаторы получают из смеси оксида магния и золы-уноса класса С. При объединении таким способом, можно использовать любую из марок оксида магния. Тем не менее, предпочтительными являются намертво обожженный и сильно обожженный оксиды магния по причине их пониженной активности. Сравнительно высокая реакционная способность оксидов магния может привести к реакциям расщепления, в процессе которых может образоваться водород. При образовании водорода происходит расширение продукта, что вызывает образование трещин в местах схватывания штукатурного гипса. Расширение также вызывает разрушение форм, в которые помещают штукатурный гипс, что приводит к потере деталей и деформации продукта в направлении одного или более размеров. BayMag 96, MagChem P98-PV и MagChem 10 являются предпочтительными источниками оксида магния. Оксид магния и золу-унос предпочтительно добавляют к штукатурному гипсу перед их добавлением в воду для затворения. Часто к штукатурному гипсу добавляют сухие компоненты, такие как перечисленные выше, когда указанный гипс движется по конвейеру в смеситель.
[000131] Предпочтительной золой-уносом является зола-унос класса С. Гидравлическая зола-унос класса С или ее эквивалент является наиболее предпочтительным компонентом. Типичный состав золы-уноса класса C показан в таблице I патента США №7803226. Золу-унос с высоким содержанием извести, большим, чем примерно 20% извести по массе, получают при обработке определенных сортов углей. В стандарте ASTM С-618, включенном в настоящую заявку посредством ссылки, описаны характеристики золы-уноса класса C. Поставщиком предпочтительной золы-уноса класса C является компания Bayou Ash Inc., Big Cajun, II, Луизиана. Золу-унос предпочтительно применяют в количествах от примерно 0,1% до примерно 5% в пересчете на массу сухого штукатурного гипса. Более предпочтительно, золу-унос применяют в количествах от примерно 0,2% до примерно 1,5% в пересчете на массу сухого штукатурного гипса.
[000132] Катализ силоксана вызывает более быстрое и более полное протекание полимеризации и сшивания силоксана с получением силиконовой смолы. При гидратации штукатурного гипса образуется переплетающаяся матрица кристаллов дигидрата сульфата кальция. В процессе образования гипсовой матрицы, молекулы силоксана также образуют матрицу силиконовой смолы. Поскольку указанные матрицы образуются одновременно, по меньшей мере частично, две такие матрицы переплетаются друг с другом. Избыток воды и добавки к суспензии, включая золу-унос, оксид магния и описанные ниже добавки, которые были диспергированы в объеме суспензии, оказываются диспергированы в матрицах в пространствах между частицами, что позволяет обеспечить водостойкость на всем протяжении среднего слоя изделия. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения подходящие количества пептизированного крахмала или функционально-эквивалентного крахмала могут работать вместе с силоксаном и замедлять поступление воды вдоль более уязвимых краев изделия.
[000133] Кроме того, некоторые варианты реализации изобретения по существу не содержат какого-либо одного или более из силоксанов, описанных выше. В настоящей заявке "по существу не содержат" означает, что композиция содержит 0% масс. силоксана в пересчете на массу штукатурного гипса, или не содержит силоксана, или содержит неэффективное или несущественное количество силоксана. Примером неэффективного количества является количество ниже порогового значения, необходимого для достижения намеченной цели применения силоксана, как будет понятно специалисту в данной области техники. Несущественное количество силоксана может составлять, например, 0,1% или менее, 0,05% или менее, 0,01% или менее, 0,005% или менее или 0,001% или менее в пересчете на массу штукатурного гипса в зависимости от ингредиента, как будет понятно специалисту в данной области техники.
[000134] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения состав суспензии среднего слоя, применяемый для получения изделий согласно настоящему изобретению, может содержать, состоять по существу или состоять из комбинации пептизированного крахмала (или функционально-эквивалентного крахмала) в количестве больше, чем примерно 2% по массе в пересчете на массу штукатурного гипса и силоксана, в количестве по меньшей мере примерно 0,4% и, предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,7% по массе в пересчете на массу штукатурного гипса, что позволяет получить гипсовые изделия с менее примерно 5% водопоглощением. Такие водостойкие свойства могут быть особенно полезными, поскольку изделие с пониженной плотностью содержит гораздо больший объем воздушных пустот и/или пустот, заполненных водой, относительно ее суммарного объема, чем традиционное изделие. Можно было бы ожидать, что повышенный объем пустот придаст легким изделиям гораздо большую водопоглощающую способность. Не желая быть связанными теорией, полагают, что водостойкость появляется при отверждении силоксана внутри изготовленных изделий и что по меньшей мере примерно 2,0% по массе пептизированного крахмала работает вместе с силоксаном, замедляя поступление воды через микропоры на краях изделия, сначала путем блокирования поступления воды, а затем, уже после поглощения воды крахмалом, за счет образования высоковязкой комбинации крахмал/вода. Согласно другим вариантам реализации изобретения гидроксиэтилированный крахмал или крахмал, который функционально эквивалентен пептизированному крахмалу, можно использовать в комбинации с силоксаном.
[000135] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения гипсовые изделия содержат другие подходящие добавки, например, добавки, обычно применяемые для получения гипсовых изделий. Гипсовые изделия, описанные в настоящей заявке, могут содержать, состоять по существу или состоять из таких добавок. Указанные добавки включают, без ограничения, структурные добавки, такие как минеральная вата, перлит, глина (например, каолин), карбонаты (например, карбонат кальция), полиэстер или другие полимеры, силиконы, а также химические добавки, такие как вспенивающие агенты, наполнители, сахар, бораты (улексит, колеманит и т.п.), борная кислота и т.п., связующие вещества (например, крахмал и латекс), добавки - пигменты или красители, не относящиеся к ВЭТП, фунгициды, биоциды, амидные соединения (например, комплекс сульфат-мочевина, комплекс карбонат-мочевина, комплекс борат-мочевина или комплекс магний-мочевина) и т.п. Примеры применения некоторых из указанных и других добавок описаны, например, в патентах США №№6342284, 6632550, 6800131, 5643510, 5714001 и 6774146, и в публикациях заявок на патент США №№2004/0231916 А1, 2002/0045074 А1 и 2005/0019618 А1, которые все включены в настоящую заявку посредством ссылки. Кроме того, некоторые варианты реализации изобретения по существу не содержат какого-либо одного или более из добавок, описанных выше. В настоящей заявке "по существу не содержат" означает, что композиция содержит 0% масс. добавки в пересчете на массу штукатурного гипса, или не содержит добавки, или содержит неэффективное или несущественное количество добавки. Примером неэффективного количества является количество ниже порогового значения, необходимого для достижения намеченной цели применения данной добавки, как будет понятно специалисту в данной области техники. Несущественное количество добавки может составлять, например, 0,1% или менее, 0,05% или менее, 0,01% или менее, 0,005% или менее или 0,001% или менее в пересчете на массу штукатурного гипса в зависимости от ингредиента, как будет понятно специалисту в данной области техники. Гипсовые изделия могут также по существу не содержать карбидов.
[000136] Гипсовая плита согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения может обладать желательными прочностными характеристиками, будучи при этом сверхлегкой, например, плита, полученная согласно публикациям заявок на патент США №№2007/0048490, 2008/0090068 и/или 2011/0195241, каждая из которых включена в настоящую заявку посредством ссылки. Кроме того, также предполагают, что соотношения параметров являются неотъемлемой частью любого варианта реализации изобретения, например, отношение TI к массе в сухом состоянии или отношение TI к плотности. Предполагается, что любой параметр, описанный в настоящей заявке, можно дополнительно определить как отношение любого другого параметра, описанного в настоящей заявке, либо в виде отдельного значения, основанного на одном значении для каждого из двух различных параметров, либо в виде общего значения, основанного на нескольких значениях для каждого из двух различных параметров (например, при построении графика одно значение относительно другого значения для определения математической зависимости, такой как наклон линейной зависимости). Такие соотношения можно использовать для определения увеличения одного параметра, необходимого, например, чтобы скомпенсировать уменьшение или разрешить уменьшение другого параметра, или для определения пределов уменьшения одного параметра, которое все еще позволяет обеспечить приемлемые значения другого параметра.
[000137] Гипсовое изделие, содержащее стеновую плиту согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, можно получить с помощью методов, хорошо известных в данной области техники. Например, в патенте США №7364676 описан способ, который включает непрерывно движущийся слой облицовочного материала (например, облицовочного листа), на который непрерывно наносят суспензию из смесителя, смеситель для приготовления суспензии и станцию формования. Производство облицованных матами плит описано, например, в публикациях заявок на патент США №№ US 2008/0190062, US 2009/0029141 и US 2010/0143682, которые одновременно находятся на рассмотрении, принадлежат одному и тому же правообладателю и включены в настоящую заявку посредством ссылки. В нескольких словах, указанный процесс обычно включает разгрузку облицовочного материала на конвейер или на стол для формования, опирающийся на конвейер, который затем устанавливают под выпускным трубопроводом смесителя (например, согласно расположению вход-канистра-слив, известному в данной области техники, или согласно расположению, описанному в патентах США №№6494609 и 6874930). Как будет понятно специалисту в данной области техники, изделия, представляющие собой плиты, обычно получают "лицевой стороной вниз", так что после установки плиты первый облицовочный материал служит в качестве ее "лицевой стороны". Компоненты суспензии цементирующей композиции загружают в смеситель, содержащий выпускной трубопровод, в котором указанные компоненты перемешивают с получением суспензии. В выпускной трубопровод можно добавить пену (например, во входное отверстие, как описано, например, в патентах США №№5683635 и 6494609). Суспензию выгружают на облицовочный материал. Суспензию распределяют, при необходимости, по всему облицовочному материалу. См., например, патент США №7364676. В случае плиты с многослойным средним слоем первый средний слой можно нанести непосредственно на облицовочный материал или перед нанесением на облицовочный материал можно поместить тонкий слой штукатурки. Слой штукатурки представляет собой очень тонкий, очень плотный слой цементирующей композиции, который способствует связыванию облицовочного материала со слоем среднего слоя, как описано в настоящей заявке, суспензия которого также позволяет сформировать края плиты, как описано в публикации заявки на патент США №2010/0247937, которая включена в настоящую заявку посредством ссылки. Вкратце, согласно некоторым вариантам реализации изобретения суспензию для получения слоя штукатурки наносят на облицовочный материал и затем распределяют по поверхности облицовочного материала с помощью валика. Часто используют валик более узкий, чем ширина облицовочного материала, так что избыток суспензии штукатурки накапливается на облицовочном материале между концами валика и краями облицовочного материала. Такая суспензия для получения слоя штукатурки позволяет сформировать края плиты. В качестве альтернативы, для размещения краев можно использовать отдельные гибкие шланги. Дополнительные подробности в отношении слоев штукатурки приведены в патенте США №7736720, включенном в настоящую заявку посредством ссылки.
[000138] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения суспензию размещают между первым облицовочным листом и вторым облицовочным листом с получением влажной конструкции, которая представляет собой заготовку панели. В этом отношении будет понятно, что в настоящей заявке "расположенный между" означает, что слой штукатурки можно нанести между средним слоем и одним или обоими облицовочными листами или указанный слой штукатурки может находиться между средним слоем и одним или обоими облицовочными листами, так что следует иметь в виду, что облицовочный лист может содержать слой штукатурки.
[000139] Обобщая, гипсовые панели согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения можно использовать в конструкциях, которые эффективно подавляют перенос тепла через панели и соответствуют одночасовому пределу огнестойки и, согласно стандарту ASTM 1396/С 1396М-06, могут быть классифицированы как панели типа X. Согласно некоторым другим вариантам реализации изобретения конструкции можно изготовить с применением гипсовых панелей согласно настоящему изобретению, которые соответствуют техническим требованиям других конструкций, разработанных в соответствии с UL, таких как, например, конструкции, описанные в UL U419 и U423. Согласно еще другим вариантам реализации гипсовые панели согласно настоящему изобретению можно использовать в других конструкциях, которые по существу эквивалентны по меньшей мере одной из конструкций, описанных в U305, U419 и U423. Такие конструкции согласно некоторым вариантам реализации изобретения могут пройти испытание на тридцатиминутный предел огнестойкости, и согласно другим вариантам реализации изобретения на одночасовой предел огнестойкости и подходящее испытание на водонепроницаемость струей воды из шланга, описанные в U305, U419, U423 и других эквивалентных методиках по испытаниям на огнестойкость.
[000140] Таким образом, согласно одному из вариантов реализации изобретения гипсовое изделие содержит отвержденный гипсовый средний слой, по меньшей мере частично покрытый по меньшей мере одним облицовочным листом; при этом по меньшей мере один из облицовочных листов содержит бумагу и тригидрат алюминия.
[000141] Согласно другому варианту реализации изобретения гипсовое изделие представляет собой гипсовую панель, и отвержденный гипсовый средний слой расположен между двумя облицовочными листами.
[000142] Согласно другому варианту реализации изобретения тригидрат алюминия присутствует в количестве, эффективном для увеличения показателя высокотемпературной теплоизоляции гипсового изделия относительно показателя высокотемпературной теплоизоляции гипсового изделия, не содержащего тригидрата алюминия.
[000143] Согласно другому варианту реализации изобретения бумагу получают из по меньшей мере бумажной массы и тригидрата алюминия.
[000144] Согласно другому варианту реализации изобретения тригидрат алюминия присутствует в количестве от примерно 5% до примерно 40% по массе относительно бумажной массы в сухом состоянии.
[000145] Согласно другому варианту реализации изобретения бумага содержит по меньшей мере частичное покрытие из тригидрата алюминия.
[000146] Согласно другому варианту реализации изобретения бумага дополнительно содержит гидроксид магния.
3
3
[000147] Согласно другому варианту реализации изобретения отвержденный гипсовый средний слой содержит гипсовую кристаллическую матрицу, при этом плотность панели составляет от примерно 35 фунт/фут (примерно 560 кг/м) или менее.
3
3
3
3
[000148] Согласно другому варианту реализации изобретения плотность панели составляет от примерно 27 фунт/фут (примерно 430 кг/м) до примерно 37 фунт/фут(примерно 590 кг/м) и показатель высокотемпературной теплоизоляции составляет больше примерно 17 минут, при этом указанный показатель высокотемпературной теплоизоляции определяют согласно публикации ASTM WK25392.
3
3
3
3
[000149] Согласно другому варианту реализации изобретения плотность панели составляет от примерно 27 фунт/фут (примерно 430 кг/м) до примерно 37 фунт/фут(примерно 590 кг/м), при этом панель эффективно подавляет перенос тепла через конструкцию из указанных панелей, изготовленных согласно методикам, описанным в UL U419, в соответствии с которыми одну поверхность подвергают воздействию источника тепла, а противоположная ненагреваемая поверхность содержит множество датчиков, размещенных на указанной поверхности, так что максимальная температура на ненагреваемой поверхности, измеренная единичным датчиком, составляет меньше примерно 415°F (примерно 213°C) по истечении примерно 30 минут при измерении согласно UL U419, причем источник тепла подчиняется кривой время-температура в соответствии со стандартом ASTM Е119-09а, и датчики расставлены согласно схеме в соответствии с методиками, приведенными в UL U419.
[000150] Согласно другому варианту реализации изобретения конструкция содержит изоляционный материал, расположенный между указанными панелями.
3
3
3
3
[000151] Согласно другому варианту реализации изобретения гипсовая панель содержит отвержденный гипсовый средний слой, расположенный между двумя облицовочными листами, при этом отвержденный гипсовый средний слой получают из по меньшей мере воды, штукатурного гипса и тригидрата алюминия, плотность панели составляет от примерно 27 фунт/фут (примерно 430 кг/м) до примерно 37 фунт/фут (примерно 590 кг/м), и показатель высокотемпературной теплоизоляции составляет больше примерно 17 минут, при этом указанный показатель высокотемпературной теплоизоляции определяют согласно публикации ASTM WK25392.
[000152] Согласно другому варианту реализации изобретения тригидрат алюминия присутствует в количестве от примерно 2% до примерно 10% по массе относительно штукатурного гипса.
[000153] Согласно другому варианту реализации изобретения по меньшей мере один облицовочный лист представляет собой бумагу, полученную из по меньшей мере бумажной массы и тригидрата алюминия.
[000154] Согласно другому варианту реализации изобретения облицовочный лист содержит по меньшей мере частичное покрытие из тригидрата алюминия.
3
3
3
3
[000155] Согласно другому варианту реализации изобретения гипсовая панель содержит отвержденный гипсовый средний слой, расположенный между двумя облицовочными листами, при этом отвержденный гипсовый средний слой получают из по меньшей мере воды, штукатурного гипса и тригидрата алюминия, плотность панели составляет от примерно 27 фунт/фут (примерно 430 кг/м) до примерно 37 фунт/фут (примерно 590 кг/м), при этом панель эффективно подавляет перенос тепла через конструкцию из указанных панелей, изготовленных согласно методикам, описанным в UL U419, в соответствии с которыми одну поверхность подвергают воздействию источника тепла, а противоположная ненагреваемая поверхность содержит множество датчиков, размещенных на указанной поверхности, так что максимальная температура на ненагреваемой поверхности, измеренная единичным датчиком, составляет меньше примерно 415°F (примерно 213°C) по истечении примерно 30 минут при измерении согласно UL U419, причем источник тепла подчиняется кривой время-температура в соответствии со стандартом ASTM Е119-09а, и датчики расставлены согласно схеме в соответствии с методиками, приведенными в UL U419.
[000156] Согласно другому варианту реализации изобретения тригидрат алюминия присутствует в количестве от примерно 2% до примерно 10% по массе относительно штукатурного гипса.
[000157] Согласно другому варианту реализации изобретения по меньшей мере один облицовочный лист представляет собой бумагу, полученную из по меньшей мере бумажной массы и тригидрата алюминия.
[000158] Согласно другому варианту реализации изобретения облицовочный лист содержит по меньшей мере частичное покрытие из тригидрата алюминия.
[000159] Согласно другому варианту реализации изобретения конструкция содержит изоляционный материал, расположенный между указанными панелями.
[000160] Следует отметить, что предшествующие абзацы просто содержат примеры вариантов реализации изобретения. Другие типичные варианты реализации изобретения будут очевидны из полного описания, приведенного в настоящей заявке. Среднему специалисту в данной области техники также будет понятно, что каждый из указанных вариантов реализации можно использовать в различных комбинациях с другими вариантами, описанными в настоящей заявке.
ПРИМЕРЫ
[000161] Следующий пример дополнительно иллюстрирует изобретение, но, конечно, его не следует рассматривать как ограничивающий объем изобретения каким бы то ни было образом.
ПРИМЕР 1
[000162] Настоящий пример демонстрирует применение одной из предпочтительных ВЭТП добавок, ТГА, в составе бумаги, применяемой в качестве облицовочных листов для гипсовой плиты.
[000163] Были изготовлены образцы листа бумаги ручного отлива, в которые был добавлен ТГА на уровне 0 (контрольный образец), 5, 10, 15, 20 и 50% по массе, заменивший сухую бумажную массу. Бумажная масса представляла собой вторичные отходы из гофрированной бумаги, переработанные в суспензию, к которой добавляли клеящее вещество и указанное количество ТГА. Затем полученную суспензию обезвоживали, пропуская через сито с мелкими отверстиями, и раскатывали с получением тонких листов размером 12''×12'', которые затем высушивали при температуре приблизительно 200°F (примерно 93°C). Впоследствии указанные листы использовали в качестве бумажной подложки при изготовлении образцов плит.
[000164] Состав среднего слоя плиты был одинаковым во всех образцах и состоял из воды и штукатурного гипса в соотношении 2,15, термостойкого ускорителя (HRA) в количестве 1%, предварительно желатинизированного крахмала в количестве 0,7%, вермикулита в количестве 7%, триметафосфата натрия в количестве 0,14%, диспергатора, представляющего собой нафталинсульфонат, в количестве 0,13% и стекловолокна в количестве 0,5% (все процентные содержания приведены по массе относительно штукатурного гипса). Основная масса обклеечной бумаги во всех образцах плиты составляла 52 фунт/тыс.кв. футов. После отливки, образцы плиты размером 12''×12'' (при толщине 5/8 дюйма) высушивали при 110°F (примерно 43°C) до постоянной массы, что позволяло получить при данных параметрах состава плиты с массами приблизительно от 1600 до 1635 фунт/тыс.кв. футов.
[000165] Следующее испытание выполняли согласно публикации ASTM WK25392. Для измерения тепловых характеристик четыре 4'' диска были извлечены из образцов плиты далеко от краев для испытания на высокотемпературную теплоизоляцию. Указанное испытание позволяло измерить теплозащитную способность образца гипсовой плиты и включало размещение термопары между двумя дисками исследуемой плиты. Затем такую конструкцию помещали в печь при 500°C на 75 минут, и время, необходимое для повышения температуры термопары от 40°C до 200°C фиксировали как время "теплоизоляции (TI)" в минутах. В случае 4 дисков, полученных от каждого образца плиты, испытывали две конструкции.
[000166] Среднее значение TI для каждого из условий, перечисленных выше, показано на фиг. 2. На фиг. 2 показаны массы плит в фунтах/тыс.кв. футов для каждого условия, при этом, как можно видеть, указанные плиты проявляют постоянство массы. В целом, в серии настоящих испытаний было установлено приблизительно монотонное увеличение TI с ростом содержания ТГА: при содержаниях ТГА до 20%, TI возрастает со скоростью приблизительно 0,8 мин. (48 сек) при каждом 10% увеличении ТГА. Выше 20% ТГА, улучшение TI убывает, что указывает, что 20%, вероятно, было оптимальным содержанием для этой конкретной серии испытаний.
ПРИМЕР 2
[000167] Настоящий пример демонстрирует применение предпочтительной ВЭТП добавки, ТГА, в составе суспензии, используемой для изготовления гипсовых панелей.
[000168] Были проведены лабораторные исследования в отношении эффективности одной из предпочтительных ВЭТП добавок, тригидрата алюминия (ТГА), используемого в составах гипсового среднего слоя, применимого в некоторых предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения. Свойства образцов панелей, изготовленных с применением указанных составов, оценивали в отношении показателя высокотемпературной теплоизоляции ("TI") и высокотемпературной усадки ("SH %") и высокотемпературного увеличения толщины ("ТЕ %"). В примерах 2A, 2B и 2C, рассмотренных ниже, составы среднего слоя получали с использованием варьирующих количеств штукатурного гипса, вермикулита с высоким коэффициентом расширения, ТГА, термостойкого ускорителя ("HRA"), пептизированного крахмала, триметафосфата натрия, стекловолокна, диспергатора, представляющего собой нафталинсульфонат, и воды в соответствии с составами, приведенными в каждом примере при описании составов среднего слоя образцов 1-20.
[000169] Количество каждого компонента приведено в "частях" по массе, которая может быть выражена в фунтах, граммах или другие единицах измерения. Когда количество компонента в составе среднего слоя выражено в виде процентного содержания, оно относится к количеству компонента относительно штукатурного гипса в виде процентного содержания по массе. Когда количество компонента выражено в единицах фунты на тысячу квадратных футов (фунт/тыс.кв. футов), приведенное значение представляет собой ориентировочный, рассчитанный эквивалент количества по массе компонента на тысячу квадратных футов панели с толщиной примерно 5/8 дюйма (приблизительно 0,625 дюймов, 15,9 мм), в пересчете на количество по массе компонента в составе.
[000170] Для получения каждого состава образцов, сухие ингредиенты объединяли с водой в смесителе Уоринга с получением однородной, хорошо перемешанной гипсовой суспензии. Затем, с применением каждого состава образцов изготавливали две панели приблизительно 12 дюймов на 12 дюймов (30,5 см на 30,5 см), с толщиной примерно 5/8 дюйма (приблизительно 0,625 дюймов, 15,9 мм). Для получения таких панелей, суспензии, полученные из каждого состава образца, вручную заливали между верхним слоем бумаги примерно 48 фунтов на тыс.кв. футов и нижним слоем бумаги примерно 42 фунта на тыс.кв. футов.
[000171] Каждую из отлитых панелей оставляли отверждаться до по существу завершения гидратации штукатурного гипса и затем высушивали при температуре примерно 350°F (примерно 177°C) в течение примерно 20 минут и при температуре примерно 110°F (примерно 40°C) в течение примерно 48 часов. Содержание воды в составе использовали для обеспечения указанной массы и плотности отвержденных высушенных отлитых вручную образцов. Пену к указанным составам образцов не добавляли. На фиг. 3, 5 и 6, в таблицах IIa-IVb приведены ориентировочные значения следующих параметров панелей, полученных из составов образцов 1-20: плотность панели (фунтов на кубический фут), % вермикулита с высоким коэффициентом расширения, ориентировочная масса штукатурного гипса в фунт/тыс.кв. футов, ориентировочный % ТГА и ориентировочная масса ТГА в фунт/тыс.кв. футов.
[000172] Из каждой панели вырезали десять четырехдюймовых дисков. Два набора (четыре диска из десяти дисков) использовали для испытаний на показатель высокотемпературной теплоизоляции. Оставшиеся шесть дисков использовали для испытаний на высокотемпературную усадку и высокотемпературное увеличение толщины. Результаты определения показателя высокотемпературной теплоизоляции представляли собой среднее значение из двух измерений (т.е. среднее значение измерений для каждого из двух наборов). Приведенные значения в процентах высокотемпературной усадки и высокотемпературного увеличения толщины представляли собой среднее значение из шести измерений (т.е. среднее значение измерений, полученных при испытании шести дисков). Испытание на определение показателя высокотемпературной теплоизоляции (результаты которого приведены в минутах) проводили на основе протокола, описанного в публикации ASTM WK25392 и рассмотренного ниже. Испытания на высокотемпературную усадку и высокотемпературное увеличение толщины (результаты которого приведены в % изменения размеров) были выполнены на основе протоколов, описанных в публикации ASTM WK25392, и рассмотрены ниже. Данные, полученные в результате этого испытания, приведены в таблицах на фиг. 3, 5 и 6 в виде среднего значения результатов, полученных для каждого набора из исследуемых дисков (т.е. среднее значение двух наборов дисков, подвергаемых испытанию на TI, и средние значения из шести дисков, подвергаемых испытанию на усадку и расширение).
[000173] Результаты испытания на определение показателя высокотемпературной теплоизоляции ("TI"), обсуждаемые в примерах 2A-2C, демонстрируют, что данное количество ТГА по массе является более эффективным с точки зрения повышения показателя высокотемпературной теплоизоляции, чем эквивалентное количество штукатурного гипса по массе. В присутствии или в отсутствие вермикулита с высоким коэффициентом расширения, результаты указанных испытаний показывают, что, в общем, примерно от 40 до 50 фунт/тыс.кв. футов ТГА могут обеспечить аналогичную теплоизоляционную защиту, что и примерно 100 фунт/тыс.кв.футов или более штукатурного гипса (указанное количество штукатурного гипса может меняться в зависимости от источника штукатурного гипса и его чистоты). Такое испытание также продемонстрировало, что ТГА можно использовать с вермикулитом с высоким коэффициентом расширения без какого-либо значительного неблагоприятного воздействия на высокотемпературную усадку и высокотемпературное увеличение толщины панелей. Панели, описанные в примерах 2A-2C, в общем, по-прежнему проявляли значения высокотемпературной усадки, составляющие примерно 10% или менее, и отношение (TE/S) высокотемпературного увеличения толщины (в направлении по оси Z) к высокотемпературной усадке, составляющее примерно 0,2 или более. В некоторых составах, полученные данные также указывают, что добавка ТГА улучшает свойства панелей, связанные с высокотемпературной усадкой и высокотемпературным увеличением толщины. Хотя указанные испытания проводили на образцах, созданных в лаборатории, предполагают, что соизмеримые результаты будут получены при применении серийных составов и процесса, включающего добавление в состав среднего слоя пены для получения воздушных пустот в отвержденном гипсовом среднем слое высушенных панелей.
ПРИМЕР 2A
[000174] В этом примере штукатурный гипс (штукатурный гипс А), полученный из синтетического источника гипса, использовали для получения составов среднего слоя для образцов 1-9. Гипсовые панели, полученные с применением синтетического штукатурного гипса, обычно демонстрируют большую высокотемпературную усадку по сравнению с панелями, полученными из высокочистого, природного гипса. Основной состав среднего слоя получали с применением следующих ориентировочных количеств по массе: 600 частей (образцы 1-8) или 579 частей (образец 9) штукатурного гипса А; 6 частей HRA; 4,2 частей пептизированного крахмала; 0,84 частей триметафосфата натрия; 0 частей (образец 1) или 42 части (образцы 2-9) вермикулита с высоким коэффициентом расширения (0% или 7% по массе относительно штукатурного гипса, соответственно); 3 части стекловолокна; 0,8 частей диспергатора, представляющего собой нафталинсульфонат; 0 частей (образец 1), 12 частей (образец 4), 21,1 частей (образцы 2, 5 и 9), 30 частей (образец 6), 42,2 части (образец 7) и 60 частей (образец 8) ТГА (2%, 4%, 5%, 7% и 10% по массе относительно штукатурного гипса, соответственно); и 1290 частей воды.
[000175] Каждый из составов среднего слоя для образцов 1-9 отливали в панели и подвергали испытаниям на показатель высокотемпературной теплоизоляции, высокотемпературной усадки и высокотемпературного увеличения толщины. Ориентировочные значения плотности, содержания вермикулита с высоким коэффициентом расширения, массы штукатурного гипса, ТГА и TI отлитых и высушенных панелей, изготовленных из каждого из составов исследуемых образцов, приведены в таблицах IIa и IIb, на фиг. 3A и 3B, соответственно. В таблице IIa также показана разница между составами среднего слоя, не содержащими ТГА (образец 1) и содержащими 4% ТГА при пониженном содержании штукатурного гипса (образец 2), при этом оба состава получены без вермикулита с высоким коэффициентом расширения. В таблице ПЬ подобным образом показана разница между составом среднего слоя, не содержащим ТГА (образец 3), и значениями TI для составов среднего слоя, содержащих возрастающие количества ТГА при уменьшающихся количествах штукатурного гипса (образцы 4-9), при это все составы содержали 7% вермикулита с высоким коэффициентом расширения. В таблице IIc, фиг. 3C, приведены ориентировочная плотность, % вермикулита с высоким коэффициентом расширения, % ТГА, результаты оценки высокотемпературной усадки и результаты оценки высокотемпературного увеличения толщины для панелей, изготовленных из каждого их составов среднего слоя образцов 1-9.
[000176] В таблице IIa показано, что ТГА можно добавить в таком количестве (в настоящем примере 4% по массе относительно штукатурного гипса), которое позволит эффективно увеличить TI панелей на примерно одну минуту, несмотря на уменьшение содержания штукатурного гипса примерно на 20 фунт/тыс.кв. футов. Такое преимущество было достигнуто без применения вермикулита с высоким коэффициентом расширения. В таблице IIb показано влияние на составы среднего слоя, образцы 3-9, возрастающих количеств ТГА по сравнению с содержанием штукатурного гипса, от 0% вплоть до 10%, в сочетании с применением вермикулита с высоким коэффициентом расширения в количестве 7% по массе относительно штукатурного гипса.
[000177] Составы образцов 3-9 обеспечили увеличение TI от примерно 23 до примерно 26 минут. Эффект добавления ТГА в указанные составы дополнительно обобщен на фиг. 4, на которой показаны графики % ТГА относительно TI в минутах для панелей, изготовленных с применением составов образцов 3-9. Как показано на фиг. 4 и в таблице IIb, при содержании ТГА до примерно 5%, TI составов образцов 3-6 увеличился на вплоть до примерно двух минут, несмотря на уменьшение количества штукатурного гипса в составе среднего слоя до примерно 25 фунт/тыс.кв. футов в образцах 5 и 6. Подобным образом, TI увеличился по меньшей мере на примерно 3,3 минуты для состава образца 8, при 10% содержании ТГА и снижении массы штукатурного гипса на примерно 15 фунт/тыс.кв. футов. Результаты испытания каждого из наборов образцов при приблизительно одинаковом содержании штукатурного гипса - образцы 5 и 6 и 7 и 8 - также свидетельствуют, что повышение количества ТГА обеспечивает увеличение значений TI.
[000178] Составы образцов 3-9, в состав которых входит ТГА, также показали улучшение результатов определения высокотемпературной усадки и высокотемпературного увеличения толщины. Высокотемпературная усадка образца 1, в состав которого не входят ТГА и вермикулит с высоким коэффициентом расширения, составляла примерно 19%, а высокотемпературное увеличение толщины составляло примерно -24%. При добавлении в образец 2 4% ТГА, высокотемпературная усадка улучшалась до примерно 9%, а высокотемпературное увеличение толщины улучшалось до примерно -11,5%. Добавление к образцам 3-9 примерно 7% вермикулата с высоким коэффициентом расширения демонстрирует дополнительное улучшение высокотемпературной усадки до примерно 5% и улучшение высокотемпературного увеличения толщины до примерно 18%, несмотря на значительное снижение содержания штукатурного гипса (например, образец 8).
[000179] Кроме того, состав образца 9 показал, что при использовании примерно 4% ТГА и примерно 7% вермикулита с высоким коэффициентом расширения возможно достижение требуемого TI через 23 минуты или больше при одновременном снижение содержания штукатурного гипса в составе по меньшей мере на примерно 75 фунт/тыс.кв. футов. Образец 9 также продемонстрировал, что состав среднего слоя с таким пониженным содержанием штукатурного гипса может улучшить высокотемпературную усадку путем уменьшения процента усадки по меньшей мере на примерно 12% и улучшить высокотемпературное увеличение толщины путем увеличения процента расширения на примерно 30% или более. Сравнение панелей, изготовленных с применением составов образцов 3 и 9 и образцов 4 и 5 показало, что штукатурный гипс можно заменить на ТГА при соотношении примерно 1 одна часть ТГА к по меньшей мере от примерно 1,7 до примерно 2 частей штукатурного гипса, при сохранении аналогичных значений TI. Указанные соотношения замещения могут значительно меняться в зависимости от источника штукатурного гипса и составов среднего слоя. Кроме того, для заданного состава штукатурного гипса, соотношения замещения можно повысить при необходимости снижения TI или уменьшить, если требуются повышенные значения TI.
ПРИМЕР 2В
[000180] В этом примере штукатурный гипс (штукатурный гипс В), изготовленный из относительно высокочистого природного источника гипса (по меньшей мере примерно 90% гипса), использовали для получения составов среднего слоя для образцов 10-17. Основной состав среднего слоя получали с применением следующих приблизительных количеств по массе: 1000 частей штукатурного гипса В; 10 частей HRA; 7 частей пептизированного крахмала; 1,4 частей триметафосфата натрия; 70 частей вермикулита с высоким коэффициентом расширения (примерно 7% по массе относительно штукатурного гипса); 5 частей стекловолокна; 1,4 частей диспергатора, представляющего собой нафталинсульфонат; 0 частей (образец 10), 17,6 частей (образец 11), 35,2 частей (образцы 12 и 17) и 70,4 частей (образцы 13-16) ТГА (2%, 4% и 7% по массе относительно штукатурного гипса, соответственно); и 1800 частей (образцы 10 до 14), 1900 частей (образец 15) и 2150 частей (образцы 16 и 17) воды.
[000181] Каждый из составов среднего слоя образцов 10-17 отливали в панели, которые подвергали испытаниям на показатель высокотемпературной теплоизоляции, высокотемпературную усадку и высокотемпературное увеличение толщины. Ориентировочные значения плотности, содержания вермикулита с высоким коэффициентом расширения, массы штукатурного гипса, % ТГА, TI отлитых и высушенных панелей из каждого из составов исследуемых образцов приведены на фиг. 5А и 5В, в таблицах IIIa и IIIb, соответственно. В таблице IIIa показана разница между составом среднего слоя, полученным с применением штукатурного гипса В, без ТГА (образец 10), и значениями TI для составов среднего слоя с возрастающими количествами ТГА и неизменным содержанием штукатурного гипса (образцы 11-14). Каждый из приведенных составов содержал примерно 7% вермикулита с высоким коэффициентом расширения. В таблице IIIb показаны разницы в значениях TI между составами среднего слоя, содержащими примерно 7% (образцы 15 и 16) и примерно 4% (образец 17) ТГА. Эквивалентное количество штукатурного гипса, составляющее примерно 100 фунт/тыс.кв. футов, было удалено из составов образцов 16 и 17, причем все из указанных образцов содержали 7% вермикулита с высоким коэффициентом расширения. В таблице IIIc, фиг. 5C, приведены плотность, содержание вермикулита с высоким коэффициентом расширения, % ТГА и результаты определения высокотемпературной усадки и высокотемпературного увеличения толщины для панелей, полученных из каждого из составов образцов 10-17.
[000182] В таблице IIIa продемонстрировано преимущество добавления определенного количества ТГА (в настоящем примере 2%, 4% и 7%), которое позволяет эффективно увеличить TI при постоянном содержании штукатурного гипса, в настоящем примере от примерно 0,1 до примерно 1,5 минут. В таблице IIIb показано влияние состава среднего слоя для образцов 15 и 16, в которых % ТГА сохраняется постоянным, а 100 фунтов штукатурного гипса удалено. Это привело к снижению TI на 1,3 минут, но при TI большем, чем примерно 24 минуты, оба образца 15 и 16 будут приемлемы для практических применений, требующих установленный предел огнестойкости. Подобным образом, образец 17 показал, что количество ТГА можно снизить до примерно 4%, а количество штукатурного гипса в составе среднего слоя можно уменьшить на эквивалентное количество, примерно равное 100 фунт/тыс.кв. футов, при сохранении величины TI примерно 23 минуты. Такая величина также считается приемлемой для практических применений, требующих установленный предел огнестойкости. Результаты, приведенные в таблице IIIb, показали, что для поддержания TI на заранее установленном уровне (например, примерно 23 минуты) можно использовать эффективное количество ТГА при снижении количества штукатурного гипса, применяемого в составе.
[000183] В таблице IIIc, фиг. 5С, показаны результаты определения высокотемпературной усадки и высокотемпературного увеличения толщины для панелей, изготовленных с применением составов среднего слоя образцов 10-17. Полученные результаты свидетельствуют, что при применении штукатурного гипса В и составов образцов 10-17, результаты определения высокотемпературной усадки и высокотемпературного увеличения толщины при добавлении ТГА по существу не изменились. Это имеет место даже при снижении содержания штукатурного гипса на эквивалентное количество, составляющее примерно 100 фунт/тыс.кв. футов (см. образцы 16 и 17).
ПРИМЕР 2С
[000184] В этом примере штукатурный гипс (штукатурный гипс С), полученный из природного источника гипса с относительно низкой чистотой (приблизительно 80% гипса, оставшаяся часть - глины и другие примеси) использовали для получения составов среднего слоя для образцов 18-20. Основной состав среднего слоя получали с применением следующих приблизительных количеств по массе: 1000 частей (образцы 18 и 20) или 975 частей (образец 19) штукатурного гипса С; 10 частей HRA; 10 частей пептизированного крахмала; 2 части триметафосфата натрия; 100 частей вермикулита с высоким коэффициентом расширения (примерно 10% по массе относительно штукатурного гипса); 5 частей стекловолокна; 5 частей диспергатора, представляющего собой нафталинсульфонат; 0 частей (образец 18) и 25 частей (образцы 19 и 20) ТГА (0% и 3% по массе относительно штукатурного гипса, соответственно); и 1750 частей (образец 18), 1725 частей (образец 19) и 1700 частей (образец 20) воды.
[000185] Каждый из составов среднего слоя образцов 18-20 отливали в панели, которые подвергали испытаниям на показатель высокотемпературной теплоизоляции, высокотемпературную усадку и высокотемпературное увеличение толщины. Ориентировочные значения плотности, содержания вермикулита с высоким коэффициентом расширения, массы штукатурного гипса, ТГА и TI отлитых и высушенных панелей из каждого из составов исследуемых образцов приведены в таблицах IVa и IVb, фиг. 6А и 6В, соответственно. В таблице IVa показана разница между составом среднего слоя, полученным с применением штукатурного гипса С, без ТГА (образец 18) и значениями TI для составов среднего слоя, содержащих примерно 3% ТГА по массе относительно штукатурного гипса, в которых количество штукатурного гипса С увеличилось относительно эквивалентного количества, составляющего примерно 1450 фунт/тыс.кв. футов (образец 19), на от примерно 30 фунтов до примерно 1480 фунт/тыс.кв. футов (образец 20). Каждый из составов содержал примерно 10% вермикулита с высоким коэффициентом расширения по массе относительно штукатурного гипса. В таблице IVb приведены плотность, содержание вермикулита с высоким коэффициентом расширения, % ТГА и результаты определения высокотемпературной усадки и высокотемпературного увеличения толщины для панелей, изготовленных из каждого из составов образцов 18-20.
[000186] В таблице IVa показано преимущество добавления определенного количества ТГА (в настоящем примере примерно 3% по массе относительно штукатурного гипса), которое позволяет эффективно увеличить TI в панелях, изготовленных с применением указанных составов, на примерно одну минуту (сравните образец 18 с образцами 19 и 20). В таблице IVa также показано, что не происходило улучшение TI панелей при добавлении к составу примерно 30 фунт/тыс.кв. футов штукатурного гипса С (образец 20) при добавлении к среднему слою значительного количества наполнителя (примесей). В таблице IVb показано, что в некоторых составах, добавление примерно 3% ТГА по массе штукатурного гипса позволяет сохранить приемлемые значения высокотемпературной усадки (S), такие как примерно 10% или менее, и приемлемые значения высокотемпературного увеличения толщины, например, положительное расширение. В некоторых случаях, добавление примерно 25 частей ТГА по массе к штукатурному гипсу может улучшить высокотемпературную усадку (сравните образец 18 с образцом 19).
Испытание на показатель высокотемпературной теплоизоляции согласно методикам, описанным в публикации ASTM WK25392:
[000187] В такой методике описано простое, репрезентативное испытание высокотемпературных термоизоляционных характеристик гипсовых панелей. Условия теплопереноса, применяемые в этом испытании, можно описать с помощью уравнения сохранения энергии для одномерной неустойчивой теплопроводности через толщину плиты:
p
Δ/Δх(k(ΔТ/Δx))+q=ρc(ΔТ/Δt),
р
где Т представляет собой температуру в данный момент времени t и на глубине х в плите. Теплопроводность (k), плотность (ρ) и удельная теплоемкость (с) представляют собой при повышенных температурах нелинейные зависимые от температуры функции. На скорость теплообразования q влияют различные эндотермические и экзотермические реакции, например, фазовые изменения в гипсе и горение бумажной лицевой стороны, которые происходят при различных температурах и, соответственно, в разное время.
[000188] Для целей оценки общей теплопроводности через гипсовую плиту и, следовательно, ее теплоизоляционных свойств обычно нет необходимости по отдельности измерять и описывать каждую переменную. Достаточно оценить их результирующее кумулятивное действие на теплоперенос. С этой целью было разработано простое испытание для определения показателя высокотемпературной теплоизоляции, описанное в публикации ASTM WK25392. Термин "показатель высокотемпературной теплоизоляции", применяемый в настоящей заявке, относится к показателю теплоизоляционных свойств гипсовых панелей при высокотемпературных испытаниях и состояниях образца, соответствующих состояниям, описанным в настоящей заявке. Каждый исследуемый пробный экземпляр состоит из двух дисков с диаметром 4 дюйма (100 мм), зажатых вместе с помощью шурупов типа G с рожковой шляпкой. В центр пробного экземпляра помещают термопару. Затем пробный экземпляр устанавливают на ребро в штатив, выполненный с возможностью равномерного нагревания всей его поверхности, и помещают в печь, предварительно нагретую до примерно 930°F (500°C). Регистрируют рост температуры в центре исследуемого пробного экземпляра и рассчитывают показатель высокотемпературной теплоизоляции, TI, в виде времени в минутах, необходимого для нагревания исследуемого пробного экземпляра от примерно 105°F (40°C) до примерно 390°F (200°C). Показатель высокотемпературной теплоизоляции исследуемого пробного экземпляра рассчитывают как:
200°C
40°C
TI=t-t
[000189] Температурный профиль, построенный на основе данных, полученных с помощью указанной методики, часто демонстрирует переход из гипса в полугидрат при температуре примерно 212°F (100°C) и превращение полугидрата в первую фазу ангидрита при температуре около примерно 285°F (140°C). Такие данные также часто свидетельствуют, что после завершения указанных фазовых переходов, температура быстро поднимается по линейному закону, так как при температуре печи ниже примерно 930°F (500°C) обычно не происходит дальнейших значительных химических реакций или реакций с изменением фазы. Путем ожидания, пока температура среднего слоя пробного экземпляра достигнет примерно 105°F (40°C), чтобы начать отсчет времени, можно достичь приемлемых повторяемости и воспроизводимости.
Испытание для измерения "высокотемпературной усадки" и "высокотемпературного увеличения толщины " было разработано и описано в публикации ASTM WK25392:
[000190] Наряду с проблемами, связанными с силами сцепления, усадка гипсового среднего слоя, обусловленная воздействием высоких температур, также способствует потере механической целостности собранной конструкции панели, такой как стеновой блок и/или противопожарный барьер. В публикации ASTM WK25392 было разработано и описано испытание для измерения "высокотемпературной усадки", которое позволяет определить количественный показатель усадочных свойств гипсовых панелей в условиях высоких температур. Указанная методика испытаний отражает тот факт, что, наряду с реакциями обжига, на высокотемпературную усадку, которую могут испытывать гипсовые панели в условиях пожара, влияют факторы, которые могут иметь место в гипсовых средних слоях панелей в условиях высоких температур. Соответственно, в протоколе испытания используют невентилируемую печь, так что отсутствует воздушный поток извне печи, который мог бы привести к охлаждению исследуемых пробных экземпляров. Кроме того, температура печи составляет примерно 1560°F (850°C) и является причиной усадки, которая может происходить в ангидритных фазах структур гипсового среднего слоя, а также обжига и других высокотемпературных эффектов при воздействии высоких температур в условиях пожара. Термин "высокотемпературная усадка", применяемый в настоящей заявке, относится к показателю усадочных свойств гипсовых панелей при высокотемпературных испытаниях и к состояниям образца, соответствующим состояниям, описанным в настоящей заявке. Термин "высокотемпературное увеличение толщины", применяемый в настоящей заявке, относится к показателю способности гипсовых панелей увеличивать толщину в направлении по оси Z при высокотемпературных испытаниях и состояниях образца, соответствующих состояниям, описанным в настоящей заявке.
[000191] Применение терминов в единственном числе в контексте описания изобретения (в частности, в контексте приведенных вариантов реализации) включает существительные как в единственном, так и множественном числе, если не указано иное или явно не противоречит контексту. Термины "включающий", "имеющий", "в том числе" и "содержащий" следует понимать как неограничивающие термины (т.е. означающие "в том числе, но не ограничиваясь ими"), если не указано иное. Кроме того, в любой фразе, в которой используют термин "содержащий" (или его эквивалент), считается, что "содержащий" включает "состоящий по существу из" и "состоящий из." Таким образом, вариант "содержащий" (один) элемент (элементы) подразумевает вариант "состоящий по существу из" и "состоящий из" указанного элемента (элементов). В любой фразе, в которой используют термин "состоящий по существу из", считается, что этот термин включает "состоящий из." Таким образом, вариант "состоящий по существу из" (одного) элемента (элементов) подразумевает варианты "состоящий из" указанного элемента (элементов). В настоящей заявке перечисление диапазонов значений просто служит в качестве быстрого способа приведения каждого отдельного значения, попадающего в данный диапазон, если не указано иное, и каждое отдельное значение включено в описание изобретения, как если бы оно было в отдельности процитировано в настоящей заявке. Все способы, описанные в настоящей заявке, можно осуществить в любом подходящем порядке, если не указано иное или если это явно не противоречит контексту. Использование любого и всех примеров или типичного выражения (например, "такой как"), применяемого в настоящей заявке, просто предназначено для лучшего освещения изобретения и не предполагает ограничить объем изобретения, если не указано иное. Ни одно выражение в описании изобретения не следует рассматривать как указание, что какой-либо элемент является необходимым для практической реализации изобретения, если не указано иное.
[000192] В настоящей заявке описаны предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения, в том числе наилучший способ воплощения настоящего изобретения, известный авторам изобретения. Вариации указанных предпочтительных вариантов реализации изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники после прочтения приведенного выше описания. Авторы изобретения ожидают, что специалисты будут использовать такие варианты надлежащим образом, и авторы изобретения предполагают, что настоящее изобретение будет реализовано на практике иначе, чем, в частности, описано в настоящей заявке. Соответственно, настоящее изобретение содержит все модификации и эквиваленты предмета изобретения, изложенного в вариантах реализации, прилагаемых к настоящей заявке, в рамках применяемых правовых норм. Кроме того, любая комбинация описанных выше элементов во всех возможных их вариациях включена в настоящее изобретение, если не указано иное или если это явно не противоречит контексту.