СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОДУКТА НА ГИПСОВОЙ ОСНОВЕ
METHOD FOR MANUFACTURING A GYPSUM-BASED PRODUCT

Настоящее изобретение относится к способу изготовления продукта на гипсовой основе, содержащего полимерную добавку, в частности, к способу изготовления продукта на гипсовой основе, содержащего поливинилацетат.
Легковесные панели, такие как штукатурная плита (например, гипсовая штукатурная плита), полистирольная плита и древесноволокнистая плита, широко используются для изготовления перегородок внутри зданий. Их преимущества для данной области применения включают их легкость и быстроту установки.
Однако, в определенных случаях таким легковесным панелям может быть свойственен недостаток, заключающийся в их недостаточной прочности при исполнении ими функции опоры для приспособлений (например, раковин моек, телевизионных приемников, батарей отопления, огнетушителей, полок и любых других предметов, которые требуют прикрепления к панели) при введении крепежных средств (например, винта) непосредственно в панель, то есть, при отсутствии вставки, такой как дюбель или анкер. В таких случаях масса приспособления может стимулировать выдергивание крепежного средства (например, винта) из панели таким образом, что приспособление отваливается от перегородки.
В типичном случае с данной проблемой боролись путем обеспечения фанерных листов для увеличения прочности крепления панели. В данном случае фанерный лист размещают на стороне панели, противолежащей той стороне, на которой должно быть расположено приспособление. Фанерный лист может придавать увеличенную прочность для удерживания одного или нескольких крепежных средств (например, винтов), использованных для закрепления приспособления на панели. В типичном случае фанерный лист располагают внутри каркаса перегородки, а после этого на фанере фиксируют штукатурную плиту таким образом, чтобы она находилась бы снаружи каркаса перегородки.
В качестве альтернативного варианта может быть предусмотрено металлическое опорное средство. Они могут включать крепежные пластины, тракты, хомуты или металлические закрепы. Как и в случае фанерных листов, металлические опорные средства в общем случае располагаются на стороне панели, противолежащей той стороне, на которой должно быть закреплено приспособление, и выполняют функцию приема и закрепления крепежных средств, например, крепежных винтов, которые используют для прикрепления приспособления к панели.
Обеим данным компоновкам свойственны недостатки, заключающиеся в том, что они обе требуют скрепления панелей и дополнительных опорных компонентов друг с другом «по месту». Кроме того, при использовании металлических опорных средств может потребоваться множество таких опорных средств для выполнения ими функции опоры для полного набора крепежных средств, требуемых для закрепления приспособления на панели. Таким образом, технологический процесс установки может быть времязатратным и дорогостоящим.
Кроме того, добавление металлических опорных средств или фанерных листов увеличивает массу и толщину перегородки и/или в результате приводит к уменьшению пространства пустотелой стены. В общем случае сама фанера должна быть разрезана по размеру «по месту», что, таким образом, увеличивает время, требуемое для установки, и, возможно, приводит к выделению пыли и потенциально вредных компонентов.
Поэтому существует потребность в предложении улучшенных панелей, которые способны удерживать крепежные средства и выполнять функцию опоры для приспособлений, и которые не требуют осуществления времязатратных технологических процессов установки.
Как это было установлено прежде, введение полимера и/или волокон в гипсовую матрицу гипсовой штукатурной плиты может способствовать увеличению прочности крепления плиты. В типичном случае полимерный и/или волокнистый компонент примешивают к гипсовой суспензии, используемой для формирования штукатурной плиты.
Как это было теперь неожиданно обнаружено, в случае включения поливинилацетата в гипсовую матрицу продукта на гипсовой основе, прочность крепления продукта на гипсовой основе может быть еще более улучшена, если поливинилацетат будет обеспечен в форме распределения мелких частиц.
Поэтому в первом аспекте в настоящем изобретении может быть предложен способ изготовления продукта на гипсовой основе, включающий стадии смешивания обожжённого гипса с полимерными частицами и водой для формирования суспензии, при этом полимерные частицы содержат главным образом поливинилацетат, причём
полимерные частицы характеризуются таким распределением частиц по размерам согласно измерению при использовании лазерной дифрактометрии, что частицы, имеющие диаметр, составляющий 4,5 мкм или менее, составляют по меньшей мере 90% от общего объема частиц.
В типичном случае полимерные частицы вводят в суспензию в форме эмульсии на водной основе. В таких случаях способ может дополнительно включать стадию введения дополнительного количества воды в суспензию в дополнение к эмульсии на водной основе.
В одном менее предпочтительном альтернативном варианте полимерные частицы могут быть введены в суспензию в сухой форме, а вода может быть обеспечена отдельно для формирования суспензии.
Распределение частиц по размерам для полимерных частиц определяют в результате измерения размера частиц при использовании лазерной дифрактометрии, когда частицы являются суспендированными в эмульсии на водной основе.
Предпочтительно полимерные частицы характеризуются таким распределением частиц по размерам согласно измерению при использовании лазерной дифрактометрии, что частицы, имеющие диаметр, составляющий 4 мкм или менее, составляют по меньшей мере 90% от общего объема частиц.
Более предпочтительно полимерные частицы характеризуются таким распределением частиц по размерам согласно измерению при использовании лазерной дифрактометрии, что частицы, имеющие диаметр, составляющий 3,5 мкм или менее, составляют по меньшей мере 90 % от общего объема частиц.
В определенных случаях распределение частиц по размерам для полимерных частиц является мономодальным (которое также известно как унимодальное).
В типичном случае средний уровень содержания поливинилацетата в частицах составляет по меньшей мере 80 об.%, предпочтительно 85 об.%, более предпочтительно 90 об.%.
В определенных случаях частицы дополнительно содержат поливиниловый спирт, который может присутствовать в виде поверхностного слоя, простирающегося частично или полностью вокруг внешнего контура частицы. Присутствие поливинилового спирта, как это представляется, в типичном случае обуславливается частичным гидролизом поливинилацетата. Как это представляется, присутствие поливинилового спирта может содействовать стабилизированию полимерных частиц.
В типичном случае полимерные частицы присутствуют в суспензии в количестве, составляющем по меньшей мере 1 масс.% по отношению к обожжённому гипсу, предпочтительно по меньшей мере 3 масс.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 4 масс.%.
В типичном случае полимерные частицы присутствуют в суспензии в количестве, составляющем 25 масс.% или менее по отношению к обожжённому гипсу, предпочтительно 20 масс.% или менее, наиболее предпочтительно 15 масс.% или менее.
Обожжённый гипс в типичном случае содержит полугидрат сульфата кальция и/или безводный сульфат кальция. Полугидрат сульфата кальция может присутствовать в альфа- и/или бета-форме.
В типичном случае мера количества воды в суспензии (в том числе любой воды, которая обеспечивается в качестве части эмульсии полимерных частиц, и любой воды, которая обеспечивается отдельно) составляет по меньшей мере 40 масс.% по отношению к обожжённому гипсу, предпочтительно по меньшей мере 50 масс.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 60 масс.% по отношению к обожжённому гипсу. В общем случае меньшие меры количества воды (например, вплоть до 40 масс.%) могут быть достигнуты при наличии полугидрата сульфата кальция полностью или преимущественно в альфа-форме, например, при наличии по меньшей мере 50 масс.% полугидрата сульфата кальция в альфа-форме. В типичном случае требуются более высокие меры количества воды (например, по меньшей мере 60 масс.%) при наличии полугидрата сульфата кальция полностью или преимущественно в бета-форме, например, при наличии по меньшей мере 50 масс.% полугидрата сульфата кальция в бета-форме.
В типичном случае мера количества воды в суспензии составляет менее, чем 120 масс.% по отношению к обожжённому гипсу, предпочтительно менее, чем 100 масс.%.
В типичном случае способ дополнительно включает стадию введения в суспензию волокнистого армирующего элемента, например, стеклянных волокон. В определенных случаях волокна волокнистого армирующего элемента имеют среднюю длину в диапазоне 2 – 20 мм, в типичном случае 5 – 15 мм. В общем случае волокнистый армирующий элемент присутствует в суспензии в количестве, составляющем по меньшей мере 1 масс.% по отношению к обожжённому гипсу, предпочтительно по меньшей мере 1,5 масс.%, более предпочтительно по меньшей мере 2 масс.%.
В типичном случае волокнистый армирующий элемент присутствует в суспензии в количестве, составляющем 15 масс.% или менее по отношению к обожжённому гипсу, предпочтительно 10 масс.% или менее, наиболее предпочтительно 5 масс.% или менее.
В типичном случае способ используют для производства плиты, сердцевина которой содержит гипсовую матрицу. В типичном случае плита на по меньшей мере одной лицевой поверхности снабжена облицовкой, например, бумажной облицовкой или стекловолокнистым матом. Облицовка в типичном случае частично или полностью внедрена в плиту. То есть, во время схватывания гипсовой суспензии для формирования плиты гипсовая суспензия в типичном случае частично или полностью проникает в облицовку.
В типичном случае плита характеризуется прочностью на выдергивание винта, составляющей по меньшей мере 550 Н, предпочтительно по меньшей мере 600 Н.
В суспензию в соответствующих обстоятельствах могут быть включены и другие не оказывающие вредного воздействия материалы, вспомогательные вещества и ингредиенты. Такие не оказывающие вредного воздействия материалы могут включать необязательные дополнительные ингредиенты, такие как полимеры, отличные от поливинилацетата или поливинилового спирта, (в том числе другие синтетические полимеры и/или крахмал); ускорители и замедлители схватывания; ингибиторы деформирования (такие как средства для предотвращения провисания); противоусадочные добавки; ингибиторы рекальцинирования; стабилизаторы пеноматериала; бактерициды; фунгициды; регуляторы значения рН; окрашивающие вещества; антипирены; гидрофобные добавки; и наполнители (такие как дисперсные минеральный материал или пластмассы, которые в некоторых вариантах осуществления могут находиться в расширенной форме).
Теперь изобретение будет описываться в порядке примера при обращении к следующим далее фигурам, в числе которых:
На фигурах от 1(а) до 1(h) демонстрируются графические представления распределения частиц по размерам для Примеров 1 – 8, соответственно;
На фигурах от 1(i) до 1(k) демонстрируются графические представления распределения частиц по размерам для сравнительных Примеров 9 – 11, соответственно;
На фигуре 2 демонстрируются данные по выдергиванию винта для Примеров 1 – 8 и Сравнительных Примеров 9 – 11.
Примеры
90
Определяли объемные распределения частиц по размерам для 11 образцов поливинилацетатных эмульсий на водной основе, что использовали при вычислении значения D для каждого образца.
Впоследствии каждую из эмульсий вводили в соответствующую суспензию на гипсовой основе в количестве, достаточном для получения уровня содержания поливинилацетата 4,5 масс.% по отношению к обожжённому гипсу (согласно измерению при расчете на сухую массу поливинилацетата). Суспензия также содержала волокно в количестве 2,3 масс.% по отношению к обожжённому гипсу и характеризовалась совокупным уровнем содержания воды, достаточным для обеспечения меры количества воды 80 масс.% по отношению к обожжённому гипсу. После этого из каждой суспензии формировали соответствующую гипсовую плиту. Определяли прочность на выдергивание винта для каждой плиты.
Результаты демонстрируются в Таблице 1. В дополнение к этому на Фигурах 1 (а) – (k) демонстрируются графические представления объемных распределений частиц по размерам для каждого поливинилацетатного образца, а на Фигуре 2 графически отображаются результаты по выдергиванию винта.
Таблица 1
Образец
D<sub>90</sub> (мкм)
Прочность на выдергивание винта для гипсовой плиты (Н)
Пример 1
0,73
713 ± 47
Пример 2
3,08
691 ± 39
Пример 3
2,94
685 ± 60
Пример 4
2,90
689 ± 40
Пример 5
2,42
625 ± 35
Пример 6
3,53
612 ± 51
Пример 7
2,13
630 ± 63
Пример 8
2,93
612 ± 55
Сравнительный Пример 9
6,56
480 ± 69
Сравнительный Пример 10
7,28
476 ± 73
Сравнительный Пример 11
4,73
493 ± 74
90
Измерение значения D
Объемные распределения частиц по размерам для водных поливинилацетатных дисперсий измеряли при использовании лазерной дифрактометрии, используя лазерный анализатор размеров частиц Malvern Mastersizer 3000.
Поливинилацетатные образцы разбавляли в воде для получения эмульсии, содержащей 4,5 масс.% твердого вещества поливинилацетата. Эмульсию встряхивали вручную на протяжении одной минуты для обеспечения равномерного диспергирования полимера до пипетирования в диспергирующую установку анализатора. Полимерную эмульсию добавляли в количестве для получения затемнения в диапазоне между 1% и 4%. В диспергирующей установке проводили перемешивание при 3000 ± 50 об./мин.
Анализатор функционировал в режиме сферических частиц.
90
Для каждых Примера и Сравнительного Примера испытаниям подвергали три образца и для каждого образца получали шесть кривых регистрации распределения частиц по размерам. Таким образом, для каждых Примера и Сравнительного Примера проводили 18 испытаний. Значения D в Таблице 1 представляют собой среднее значение, полученное исходя из данных 18 испытаний. Графические представления распределения частиц по размерам, продемонстрированные на Фигурах от 1(а) до 1(k), демонстрируют среднюю линию для шести кривых регистрации, полученных от одного из образцов.
Производство образцов гипсовых плит
При производстве образцов гипсовых плит готовили гипсовую суспензию из штукатурки (обожжённого гипса), стеклянных волокон, имеющих среднюю длину 6 мм, поливинилацетатной эмульсии на водной основе и дополнительного количества воды.
Уровень содержания волокна в суспензии составлял 2,3 масс.% по отношению к штукатурке. Поливинилацетатную эмульсию добавляли к суспензии в количестве для обеспечения уровня содержания поливинилацетата 4,5 масс.% по отношению к штукатурке при исключении воды, присутствующей в эмульсии. Мера количества воды в суспензии (в том числе воды из поливинилацетатной эмульсии и дополнительной воды) составляла 80 масс.% по отношению к штукатурке.
Суспензия была приготовлена в результате смешивания вручную требуемого количества поливинилацетатной эмульсии на водной основе с дополнительной водой. Впоследствии к разбавленной эмульсии добавляли волокна и проводили смешивание на протяжении 30 секунд при использовании смесителя от компании Kenwood. После этого к водной смеси поливинилацетат/волокно в смесителе Kenwood добавляли штукатурку и проводили смешивание на протяжении 30 секунд.
Суспензию выливали в форму, которая определяла плоскостную полость, имеющую противолежащие лицевые поверхности. Противолежащие лицевые поверхности полости прокладывали бумагой, которая была насыщена водой. Форма поддерживалась таким образом, чтобы полость имела бы вертикальную ориентацию. Внешнюю поверхность формы обстукивали для удаления каких-либо воздушных карманов в суспензии и в полость по мере надобности выливали дополнительное количество суспензии вплоть до заполнения полости.
Суспензию оставляли схватываться на протяжении 15 – 20 минут, после чего форму открывали и удаляли гипсовую плиту. С кромок плиты обрезали любую избыточную бумагу и вокруг кромок плит обертывали маскировочную липкую ленту.
По истечении 25 минут от времени выливания суспензии в форму плиту располагали в печи при 160°С на протяжении одного часа. Впоследствии плиту извлекали из печи, с кромок плиты удаляли маскировочную липкую ленту и плиту располагали в еще одной печи при 40°С на протяжении приблизительно 24 часов вплоть до достижения постоянной массы.
После этого плиту кондиционировали при 23°С и 50%-ной относительной влажности на протяжении приблизительно 24 часов вплоть до достижения постоянной массы.
Измерение прочности на выдергивание винта
Испытание на выдергивание винта включает приложение усилия вытягивания к винту, который внедрён в плиту, при использовании универсальной испытательной машины вплоть до достижения отделения винта от плиты.
Испытания на выдергивание винта проводили в отношении кондиционированных плит при использовании однозаходных винтов Unifix, имеющих длину 50 мм и стержень с диаметром 5 мм. До начала испытания на выдергивание винт вводили в плиту таким образом, чтобы с задней стороны плиты выступали бы 10 мм (± 1 мм) винта. Прикладывали предварительную нагрузку 10 Н, за чем следовало увеличение нагрузки при скорости траверсы 10 мм/сек вплоть до разрушения. Для получения прочности на выдергивание регистрировали пиковую разрушающую нагрузку.