ГИПСОВАЯ ПЛИТА
GYPSUM BOARD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к гипсовым плитам и способам получения таких гипсовых плит.
Предпосылки к созданию изобретения
Гипсовые плиты, также известные как гипсокартон или плиты на основе строительного гипса, хорошо известны из уровня техники. Гипсовые плиты, пригодные для применения в условиях высокой влажности, таких как на кухнях и в ванных комнатах или даже на открытом воздухе, являются менее распространенными.
В WO 2006/024549 раскрыта гипсовая плита, содержащая облицовочные покрытия, которые повышают водостойкость плит. Однако современные улучшения водостойкости плит на основе строительного гипса обычно также приводят к ухудшению определенных механических свойств, таких как устойчивость к поперечной деформации. С другой стороны, плиты на основе строительного гипса, проявляющие превосходную устойчивость к поперечной деформации, обычно характеризуются низкой водостойкостью. Соответственно, существует необходимость в плитах на основе строительного гипса, которые характеризуются надлежащими водоотталкивающими свойствами, а также надлежащей стойкостью к поперечной деформации.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является обеспечение гипсовой плиты или стеновой плиты, которые характеризуются надлежащими водоотталкивающими свойствами, а также надлежащей стойкостью к поперечной деформации. Удовлетворительные водоотталкивающие свойства означают, что гипсовая плита не потеряет прочности или потеряет прочность лишь в очень небольшой степени в случае расположения во влажных условиях, например, на открытом воздухе или во влажных помещениях, таких как ванные комнаты, кухни или здания бассейна.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что гипсовые плиты, которые характеризуются неожиданно надлежащими свойствами в отношении водостойкости и устойчивости к поперечной деформации, можно получать путем обеспечения гипсовых плит высокой плотности, содержащих водоотталкивающее средство, большое количество стекловолокон или поливинилспиртових волокон и пластифицирующую добавку.
Более конкретно, в данном документе представлены следующие аспекты.
Аспект 1. Гипсовая плита, содержащая сердцевину, при этом указанная сердцевина характеризуется насыпной плотностью, составляющей по меньшей мере 1025 кг/м³, и содержит смесь:
- гипса;
- одной или более пластифицирующих добавок, выбранных из списка, состоящего из поликарбоксилатного простого эфира и сополимера полифосфоната и полиоксиалкилена, в общем количестве, составляющем по меньшей мере 2400 г/м³;
- одного или более водоотталкивающих средств и
- стекловолокон в общем количестве, составляющем по меньшей мере 3200 г/м³.
Аспект 2. Гипсовая плита в соответствии с аспектом 1, где указанная сердцевина содержит стекловолокна в количестве, находящемся в диапазоне от 3200 до 12000 г/м³.
Аспект 3. Гипсовая плита в соответствии с аспектом 1 или аспектом 2, где указанная пластифицирующая добавка представляет собой поликарбоксилатный простой эфир.
Аспект 4. Гипсовая плита в соответствии с любым из аспектов 1–3, где указанная сердцевина характеризуется насыпной плотностью, составляющей по меньшей мере 1050 кг/м³, предпочтительно по меньшей мере 1100 кг/м³.
Аспект 5. Гипсовая плита в соответствии с любым из аспектов 1–4, где указанная сердцевина содержит смесь одного или более глинистых минеральных веществ и одного или более водоотталкивающих средств на основе полисилоксанов.
Аспект 6. Гипсовая плита в соответствии с любым из аспектов 1–5, где общий вес указанных одного или более полисилоксанов составляет от 1 вес. % до 50 вес. %, в пересчете на общий вес одного или более глинистых минеральных веществ.
Аспект 7. Гипсовая плита в соответствии с аспектом 5 или аспектом 6, где указанная сердцевина содержит указанные одно или более глинистых минеральных веществ в общем количестве, находящемся в диапазоне от 10 кг/м³ до 50 кг/м³.
Аспект 8. Гипсовая плита в соответствии с любым из аспектов 1–7, где указанная сердцевина характеризуется насыпной плотностью, составляющей по меньшей мере 1100 кг/м³, и содержит:
- от 70 вес. % до 97 вес. % гипса;
- одну или более пластифицирующих добавок на основе поликарбоксилатного простого эфира в общем количестве, составляющем по меньшей мере 4000 г/м³;
- по меньшей мере 2500 г/м³ полисилоксана;
- по меньшей мере 10000 г/м³ одного или более глинистых минеральных веществ и
- по меньшей мере 3200 г/м³ стекловолокон.
Аспект 9. Гипсовая плита в соответствии с любым из аспектов 1–8, где указанная сердцевина характеризуется насыпной плотностью, составляющей по меньшей мере 1100 кг/м³; и содержит одну или более пластифицирующих добавок на основе поликарбоксилатного простого эфира в общем количестве, составляющем по меньшей мере 6000 г/м³.
Аспект 10. Гипсовая плита в соответствии с любым из аспектов 1–9, где указанная сердцевина характеризуется прочностью на сжатие, составляющей по меньшей мере 20 Н/мм², измеренной в соответствии со стандартом ASTM C473-12.
Аспект 11. Гипсовая плита в соответствии с любым из аспектов 1–10, где указанная сердцевина имеет две поверхности, и при этом по меньшей мере одна из указанных поверхностей обеспечена покровным слоем.
Аспект 12. Способ получения гипсовой плиты в соответствии с любым из аспектов 1–11, при этом указанный способ включает стадии:
(i) получения водной суспензии на основе гипса, которая содержит строительный гипс, воду, одну или более пластифицирующих добавок, одно или более водоотталкивающих средств и стекловолокна в относительных количествах, с целью получения сердцевины в соответствии с любым из аспектов 1–11;
(ii) формования указанной суспензии в панель и
(iii) обеспечения схватывания панели, в результате чего обеспечивается получение плиты на основе строительного гипса в соответствии с любым из аспектов 1–11.
Аспект 13. Способ в соответствии с аспектом 12, где указанная суспензия содержит:
- воду и строительный гипс, где соотношение воды и строительного гипса равняется 0,70 или меньше;
- одну или более пластифицирующих добавок на основе поликарбоксилатного простого эфира в общем количестве, находящемся в диапазоне от 0,2 вес. % до 2,0 вес. %, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса;
- от 0,1 вес. % до 2,0 вес. % водоотталкивающего средства на основе кремнийорганического соединения;
- от 0,1 вес. % до 10 вес. % глинистого минерального вещества, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса, и
- стекловолокна в общем количестве, находящемся в диапазоне от 0,25 вес. % до 1,5 вес. %, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса.
Аспект 14. Способ в соответствии с аспектом 12 или аспектом 13, где указанная суспензия характеризуется соотношением воды и строительного гипса, находящимся в диапазоне от 0,45 до 0,70, более предпочтительно в диапазоне от 0,45 до 0,60.
Аспект 15. Способ в соответствии с любым из аспектов 12–14, где указанная суспензия характеризуется соотношением воды и строительного гипса, находящимся в диапазоне от 0,45 до 0,63; и при этом указанная суспензия содержит указанные одну или более пластифицирующих добавок на основе поликарбоксилатного простого эфира в общем количестве, находящемся в диапазоне от 0,5 вес. % до 2,0 вес. %, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса.
Описанные в данном документе гипсовые плиты могут характеризоваться повышенной механической прочностью во влажных условиях, такой как повышенная прочность на поперечную деформацию, для стен как с деревянным каркасом, так и со стальным каркасом. Гипсовые плиты можно применять для видов наружного применения в виде обшивки или для видов внутреннего применения.
Более конкретно, описанную в данном документе гипсовую плиту можно применять как защитную плиту на внешних сторонах стен вместо ориентированной стружечной плиты (OSB). В отличие от OSB, для описанной в данном документе гипсовой плиты не требуется присутствие мембраны, которая представляет собой экран от дождя, вследствие ее высокой механической устойчивости во влажных условиях. Ее также можно устанавливать как внутреннюю защитную плиту, если влажные помещения, такие как ванные комнаты, обращены к наружным стенам.
Описанную в данном документе гипсовую плиту можно устанавливать на внешние стены с металлическим каркасом в качестве обшивочной плиты, как в конструкции основного каркаса (SFS), так и на каркасных стенах с наполнением (установленных в колонны и балочные структуры). Гипсовая плита может обеспечивать дополнительную жесткость и механическую устойчивость к перпендикулярному давлению ветра. Вследствие механического вклада продукта в металлический каркас стена может сопротивляться более высокой нагрузке давления ветра. Кроме того, это обеспечивает некоторую оптимизацию металлического каркаса путем включения вклада продукта в механические расчеты. Подобно деревянным конструкциям, продукт также может быть установлен на внутренней стороне стены, где влажные помещения обращены к наружным стенам.
Независимые и зависимые пункты формулы изобретения представляют конкретные и предпочтительные признаки настоящего изобретения. Признаки зависимых пунктов формулы изобретения могут быть объединены с признаками независимого пункта или других зависимых пунктов формулы, и/или с признаками, изложенными в описании выше и/или далее в данном документе в соответствующих случаях.
Представленные выше характеристики и другие характеристики, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания, иллюстрирующего, в качестве примера, принципы настоящего изобретения. Данное описание представлено только для примера, без ограничения объема изобретения.
Описание иллюстративных вариантов осуществления
Настоящее изобретение будет описано в отношении конкретных вариантов осуществления.
Необходимо отметить, что термин «содержит», используемый в формуле изобретения, не следует интерпретировать как ограничиваемый средствами, перечисленными далее; он не исключает других элементов или стадий. Таким образом, его необходимо интерпретировать как определяющий наличие заявленных признаков, стадий или компонентов, на которые делается ссылка, однако не препятствующий наличию или добавлению одного или более других признаков, стадий или компонентов или их групп. Таким образом, объем выражения «устройство, содержащее средства A и B», не следует ограничивать устройствами, состоящими только из компонентов A и B. Оно означает, что, в отношении настоящего изобретения, единственными значимыми компонентами устройства являются A и B.
По всему данному описанию сделана ссылка на «один вариант осуществления» или «вариант осуществления». Такие ссылки показывают, что конкретный признак, описанный в отношении варианта осуществления, включен по меньшей мере в один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, случаи появления фраз «в одном варианте осуществления» или «в варианте осуществления» в различных местах данного описания, не обязательно все, но могут означать ссылки на один и тот же вариант осуществления. Кроме этого, конкретные признаки или характеристики могут быть соединены любым подходящим образом в одном или более вариантах осуществления, как будет очевидно специалисту в данной области техники.
Следующие термины предоставлены с единственной целью – способствовать пониманию настоящего изобретения.
В случае ссылки на весовой процент (вес. %), это следует понимать, если не указано иное, как вес компонента, выраженный в процентах от общего веса композиции, в которой присутствует компонент.
4
2
Термин «гипс», используемый в данном документе, относится к дигидрату сульфата кальция (DH) формулы CaSO·2HO. Гипс, который присутствует в плите на основе строительного гипса, обычно получают путем гидратации строительного гипса.
4
2
2
Термин «строительный гипс» или «стукко», используемый в данном документе и в общепринятой терминологии в данной области техники, относится к частично дегидратированному гипсу формулы CaSO·xHO, где x может находиться в диапазоне от 0 до 0,5. Термин «строительный гипс» в данном документе также относится к «сульфату кальция, способному к гидратации». Термин «сухой вес», если он относится к строительному гипсу в композиции на основе строительного гипса, относится к весу сульфата кальция, в том числе гидратной воды (т. е. xHO в вышеуказанной формуле), но без учета воды для затворения в композиции.
Строительный гипс можно получать путем прокаливания гипса, т. е. термической обработки гипса с целью удаления (части) связанной воды. Для получения строительного гипса может применяться природный или синтетический гипс. Природный гипс может быть получен из гипсовой породы или гипсового песка. Синтетический гипс обычно получают в результате десульфуризации дымовых газов (FGD) или получения фосфоновой кислоты. Гипс, полученный в результате FGD, также известен как десульфогипс (DSG).
4
2
Строительный гипс, где x=0,5, известен как «гемигидрат сульфата кальция» (HH) или «полугидрат сульфата кальция» (SH), т. е. CaSO·0,5HO. HH сульфата кальция может находиться в различных кристаллических формах, известных как α и β. HH сульфата кальция также известен как «безводный гипс» или «чистый гипс».
4
Строительный гипс, где x=0, известен как «ангидрит сульфата кальция» или «безводный сульфат кальция». «Ангидрит сульфата кальция III» (AIII) относится к дегидратированному HH с возможностью обратного поглощения воды или пара. «Ангидрит сульфата кальция II» (AII) относится к полностью дегидратированному сульфату кальция (CaSO). AII образуется при более высоких температурах и в основном не применяется для получения плит на основе строительного гипса.
Способы прожарки гипса известны из уровня техники и не будут рассматриваться в данном тексте.
Термины «плита на основе строительного гипса» и «гипсовая плита» используются в данном документе взаимозаменяемо и касаются панели или плиты, содержащей гипсовую сердцевину, получаемую из суспензии на основе строительного гипса, описанного в данном документе. Соответственно, термин «плита на основе строительного гипса» относится к плите или панели, которые получают путем схватывания (гидратации) строительного гипса. Термины «плита» или «панель», используемые в данном документе, относятся к компоненту любого типа стены, потолка или пола любого необходимого размера.
Термин «алкил», сам по себе или как часть другого заместителя, относится к линейной или разветвленной насыщенной углеводородной группе, соединенной одинарными углерод-углеродными связями.
1–4
1–4
В случае, если в данном документе после атома углерода применяется нижний индекс, то нижний индекс относится к числу атомов углерода, которое названная группа может содержать. Таким образом, например, Cалкил означает алкил с атомами углерода в количестве от одного до четырех. Примерами Cалкильных групп являются метил, этил, пропил, изопропил, бутил, изобутил и трет-бутил.
2
2
2
3
Термин «алкилен», сам по себе или как часть другого заместителя, относится к алкильным группам, которые являются двухвалентными, т. е. с двумя одинарными связями для присоединения к двум другим группам. Алкиленовые группы могут быть линейными или разветвленными и могут быть замещенными, как указано в данном документе. Неограничивающие примеры алкиленовых групп включают метилен (—CH—), этилен (—CH—CH—) и метилметилен (—CH(CH)—).
1–6
1–6
При этом «Cалкилен», сам по себе или как часть другого заместителя, относится к Cалкильным группам, которые являются двухвалентными, т. е. с двумя одинарными связями для присоединения к двум другим группам. Алкиленовые группы могут быть линейными или разветвленными и могут быть замещенными, как указано в данном документе.
6–10
6–10
Термин «арил», сам по себе или как часть другого заместителя, относится к полиненасыщенной ароматической углеводородной группе, имеющей одно кольцо (т. е. к фенилу) или несколько ароматических колец, слитых вместе (например, к нафталину) или ковалентно связанных; где по меньшей мере одно кольцо является ароматическим. Типичные арильные группы могут содержать 6–10 атомов и называются «Cарил». Арильные кольца могут быть незамещенными или замещенными 1–4 заместителями при кольце. Арил может быть замещен галогеном, циано, нитро, гидрокси, карбокси, амино, ациламино, алкилом, гетероалкилом, галогеналкилом, фенилом, арилокси, алкокси, гетероалкилокси, карбамилом, галогеналкилом, метилендиокси, гетероарилокси или любой их комбинацией. Примеры Cарила включают фенил, нафтил, инданил или 1,2,3,4-тетрагидронафтил.
a
a
b
b
1–6
Термин «алкокси», используемый в данном документе, относится к заместителю формулы –OR, где R представляет собой алкил. Термин C1–6алкокси означает заместитель формулы –OR, где R представляет собой Cалкил.
1–6
6–10
6–10
1–6
Термин «арилен», сам по себе или как часть другого заместителя, относится к арильным группам, которые являются двухвалентными, т. е. с двумя одинарными связями для присоединения к двум другим группам. Например, термин «CалкилCарилен», сам по себе или как часть другого заместителя, относится к Cарильной группе, определенной в данном документе, где атом водорода замещен Cалкилом, определенным в данном документе.
Термин «одновалентный металл», используемый в данном документе, относится к металлу, который является частью ионной связи, где указанный металл образует ион с зарядом +1. Примерами одновалентных металлов являются металлы (таким образом, не включая водород) 1 группы периодической таблицы в соответствии с IUPAC. Предпочтительными одновалентными металлами являются Na, K и Li.
Термин «двухвалентный металл», используемый в данном документе, относится к металлу, который является частью ионной связи, где указанный металл образует ион с зарядом +2. Примерами двухвалентных металлов являются металлы 2 группы периодической таблицы в соответствии с IUPAC. Предпочтительными двухвалентными металлами являются Mg и Ca.
Термин «трехвалентный металл», используемый в данном документе, относится к металлу, который является частью ионной связи, где указанный металл образует ион с зарядом +3. Примерами трехвалентных металлов являются Al и Fe.
Подразумевается, что термин «приблизительно», используемый в данном документе, в случае ссылки на измеряемые значения, такие как параметр, количество, продолжительность во времени и т. д., охватывает отклонения +/−10% или менее, предпочтительно +/−5% или менее, более предпочтительно +/−1% или меньше и еще более предпочтительно +/−0,1% или меньше некоторой заданной величины и до нее в таком объеме, что такие отклонения являются целесообразными для осуществления в раскрытом изобретении. Следует понимать, что значение, к которому относится термин «приблизительно», само по себе также является конкретно и предпочтительно раскрытым.
В данном документе представлена гипсовая плита, также называемая в данном документе «плитой» или «плитой на основе строительного гипса». Гипсовые плиты хорошо известны из уровня техники и обычно содержат сердцевину, которая содержит гипс, где сердцевина обычно спрессована между парой облицовочных покрытий или покровных слоев. Размеры и форма описанной в данном документе гипсовой плиты не являются критическими. Обычно гипсовая плита будет характеризоваться стандартной толщиной, составляющей от 5 до 100 мм. В предпочтительных вариантах осуществления гипсовая плита характеризуется толщиной, составляющей приблизительно 12,5 мм. Гипсовая плита обычно имеет прямоугольную форму, хотя могут также предусматриваться другие формы.
Гипсовую плиту в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения можно применять на открытом воздухе или во влажных помещениях. Продукт является особенно пригодным для применения на внешних стенах, которые имеют в качестве опоры деревянный каркас или металлический каркас.
Более конкретно, в данном документе представлена гипсовая плита, содержащая гипсовую сердцевину или лист. Гипсовая сердцевина, также называемая в данном документе «сердцевиной», содержит:
- гипс;
- пластифицирующую добавку, предпочтительно выбранную из списка, состоящего из поликарбоксилатного простого эфира и сополимера полифосфоната и полиоксиалкилена, предпочтительно их солей;
- водоотталкивающее средство и
- стекловолокна.
Вышеуказанные компоненты присутствуют в сердцевине в виде смеси. Это будет далее объяснено в данном документе ниже.
Гипсовая сердцевина описанной в данном документе плиты на основе строительного гипса обычно содержит гипс в качестве ее основного компонента. В конкретных вариантах осуществления сердцевина содержит по меньшей мере 60 вес. % гипса, предпочтительно по меньшей мере 70 вес. % гипса, более предпочтительно по меньшей мере 85 вес. % гипса. В конкретных вариантах осуществления сердцевина содержит от 70 вес. % до 97 вес. % гипса, более конкретно от 70 вес. % до 95 вес. % гипса, например, от 85 вес. % до 92 вес. % гипса. Упомянутые в данном документе концентрации гипса касаются содержания чистого гипса, т. е. без учета примесей. Содержание чистого гипса в сердцевине можно определять с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии/термогравиметрического анализа (DSC/TGA).
Гипс может быть синтетического или природного происхождения. Предпочтительно, гипс получен из строительного гипса высокой чистоты (т. е. с высоким содержанием строительного гипса и предпочтительно высоким содержанием HH сульфата кальция), предпочтительно из строительного гипса с содержанием HH сульфата кальция, которое составляет по меньшей мере 93 вес. % (в пересчете на общий вес строительного гипса). Авторы настоящего изобретения обнаружили, что гипс, полученный из таких видов строительного гипса, обеспечивает особенно надлежащие механические свойства. В конкретных вариантах осуществления гипс, по меньшей мере частично, получен путем гидратации синтетического строительного гипса, более конкретно строительного гипса, который был получен путем прокаливания синтетического гипса, предпочтительно DSG. Синтетический строительный гипс обычно содержит мало примесей (обычно менее 5%). В конкретных вариантах осуществления строительный гипс, по меньшей мере частично, получен путем прокаливания DSG, содержащего в основном игольчатые кристаллы гипса. В конкретных вариантах осуществления строительный гипс для изготовления гипсовой сердцевины можно получать из гипсовых отходов, предназначенных для повторного применения. Обычно такой строительный гипс также характеризуется высокой чистотой. В определенных вариантах осуществления строительный гипс, применяемый для изготовления гипсовой сердцевины, может представлять собой смесь строительного гипса, полученного из DSG, и строительного гипса, полученного из гипсовых отходов, предназначенных для повторного применения.
Гипсовая сердцевина плиты на основе строительного гипса, описанной в данном документе, обычно характеризуется плотностью, которая является относительно высокой. Повышение плотности плиты может обеспечить повышение прочности плиты. Получение плит высокой плотности предпочтительно предусматривает применение суспензий на основе строительного гипса, содержащих относительно низкие количества воды для затворения. Такие суспензии обычно характеризуются низкой текучестью. С целью восстановления текучести до приемлемых уровней можно добавлять пластифицирующую добавку. Пластифицирующие добавки также известны как «разжижители», «диспергирующие средства» и «пластификаторы». Количество добавленной пластифицирующей добавки может зависеть от типа примененной пластифицирующей добавки и требуемой текучести суспензии.
Предпочтительными разжижителями являются полимеры, выбранные из списка, состоящего из поликарбоксилатного простого эфира (PCE), такого как сополимеры полиоксиалкилена поликарбоксилата и; и сополимер полифосфоната и полиоксиалкилена. Предпочтительно применяются соли этих полимеров, такие как соли натрия. В конкретных вариантах осуществления разжижители являются членами списка, состоящего из сополимера поликарбоксилата и поли(этиленгликоля) и сополимера полифосфоната и поли(этиленгликоля), или содержат их.
В предпочтительных вариантах осуществления сердцевина содержит один или более разжижителей, которые представляют собой поликарбоксилатные простые эфиры (PCE). Данный класс разжижителей является эффективным в широком диапазоне концентрации, за счет чего обеспечивается достаточная текучесть суспензии на основе строительного гипса во время изготовления плиты на основе строительного гипса даже при очень низких соотношениях воды и строительного гипса (например, менее 0,65). PCE представляют собой водорастворимые гребнеобразные полимеры, которые обычно имеют (отрицательно) заряженную основную цепь и незаряженные боковые цепи. Основные цепи могут состоять из полимеров на основе мономеров, выбранных из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, малеиновой кислоты, винила, аллила и их смесей. Боковые цепи, которые часто представляют собой полиалкиленгликоль, могут быть привиты путем либо эстерификации, либо амидирования к предварительно образованной основной цепи, содержащей группы карбоновой кислоты, или могут быть включены путем сополимеризации мономеров основной цепи с макромономерами, которые несут боковую цепь.
Гипсовая сердцевина описанной в данном документе плиты на основе строительного гипса может содержать один тип поликарбоксилатного простого эфира или смесь различных типов поликарбоксилатных простых эфиров.
В предпочтительных вариантах осуществления один или более PCE характеризуются молекулярной массой, находящейся в диапазоне от 10000 Дальтон до 400000 Дальтон. В дополнительных вариантах осуществления один или более PCE характеризуются молекулярной массой, составляющей от 20000 Дальтон до 60000 Дальтон.
Примеры пригодных соединений на основе PCE и способы их получения описаны в патенте EP 2411346 (Lafarge Gypsum), патенте US 6777517 (Degussa), патенте US 5798425 (Süddeutsche Kalkstickstoff), заявке на патент US 2006/0278130 (United States Gypsum) и заявке на патент WO 2012/028668 (Sika), которые включены в данный документ посредством ссылки.
TM
TM
Примеры подходящих коммерчески доступных PCE включают без ограничения: Ethacryl M и Ethacryl G (доступные от Coatex, Arkema Group, Франция) Viscocrete G2 (доступный от Sika AG, Швейцария); neomereFLOW 580N, neomereFLOW 570S и CHRYSOFluid Premia 180 (доступные от Chryso SAS, Франция); Melflux 1086L (доступный от BASF, Германия) и Mighty G21 (доступный от Kao Specialties Americas).
PCE являются полимерами и, таким образом, содержат хотя бы одно повторяющееся звено. Часто PCE являются сополимерами, которые содержат два или более сомономеров, т. е. различные повторяющиеся звенья. PCE могут предусматривать нерегулярные или статистические сополимеры, градиентные сополимеры, чередующиеся сополимеры и/или блок-сополимеры.
В конкретных вариантах осуществления один или более разжижителей содержат по меньшей мере один PCE, который содержит повторяющееся звено формулы (I):
где
p представляет собой целое число от 0 до 2;
n и q независимо представляют собой 0 или 1; при этом предпочтительно q=1, если n=1;
r представляет собой целое число от 0 до 500, предпочтительно по меньшей мере 2;
W представляет собой кислород, азот или двухвалентный радикал NH; предпочтительно W представляет собой кислород;
1
2
3
8
8
1
2
3
8
1
3
1–4
R, R и R независимо выбраны из списка, состоящего из водорода, алифатической углеводородной группы, содержащей 1–20 атомов углерода, и –COOR; где R представляет собой водород, Cалкил, одновалентный металл, двухвалентный металл, трехвалентный металл или (четвертичный) аммониевый радикал; при этом предпочтительно не более чем один из R, R и R представляет собой –COOR; предпочтительно R и R представляют собой водород;
4
2–20
2–4
R представляет собой Cалкилен, предпочтительно Cалкилен; и
5
1–20
R представляет собой водород, Cалкил или радикал формулы (IIa) или (IIb):
где
6
6′
1–20
R и R представляют собой водород, Cалкил, одновалентный металл, двухвалентный металл, трехвалентный металл или (четвертичный) аммониевый радикал;
t представляет собой целое число от 0 до 18; и
7
6′
6′
1–18
2
t
3
2
R представляет собой водород, Cалкил или радикал формулы –[CH]PO(R), где t и R имеют то же значение, что и определенное выше.
1
2
3
4
5
2–4
В конкретных вариантах осуществления один или более разжижителей могут содержать по меньшей мере один PCE, который содержит повторяющееся звено формулы (I), где: p представляет собой целое число от 0 до 2; n и q равны 1; r представляет собой целое число от 2 до 250; W представляет собой кислород; R, R и R представляют собой водород; R представляет собой Cалкилен; и R имеет то же значение, что и определенное выше.
1
2
3
4
5
2–4
В конкретных вариантах осуществления один или более разжижителей могут содержать по меньшей мере один PCE, который содержит повторяющееся звено формулы (I), где: p представляет собой целое число от 0 до 2; n равняется 0; q равняется 1; r представляет собой целое число от 2 до 250; W представляет собой кислород; R, R и R представляют собой водород; R представляет собой Cалкилен; и R имеет то же значение, что и определенное выше. В дополнительных вариантах осуществления p может равняться 0 или 1.
В конкретных вариантах осуществления один или более разжижителей могут содержать PCE, который содержит хотя бы одно повторяющееся звено, соответствующее формуле (III):
где
9
1–4
R представляет собой водород или Cалкил;
10
1–4
R представляет собой водород, Cалкил или –COOM′; и
1–6
M и M′ независимо выбраны из водорода, Cалкила или одновалентного металла, двухвалентного металла или трехвалентного металла. Предпочтительно M представляет собой Na или K.
10
9
10
В предпочтительных вариантах осуществления R представляет собой водород, и M представляет собой Na или K. В дополнительных предпочтительных вариантах осуществления R и R представляют собой водород; и M представляет собой Na или K.
В конкретных вариантах осуществления один или более разжижителей могут содержать по меньшей мере один PCE, который представляет собой полимер, содержащий повторяющееся звено формулы (III), показанное выше, где:
9
R представляет собой водород;
10
R представляет собой радикал формулы –COOM′, где M′ представляет собой Na или K; и
2
2
p
3
M представляет собой радикал формулы –[CHCHO]CH, где p представляет собой целое число от 1 до 100.
В предпочтительных вариантах осуществления один или более разжижителей могут содержать PCE, который содержит повторяющееся звено, соответствующее формуле (IV):
11
где R представляет собой водород или насыщенную или ненасыщенную алифатическую углеводородную группу, содержащую 1–5 атомов углерода, которая может быть линейной или разветвленной;
w представляет собой целое число в диапазоне от 0 до 3 и предпочтительно 0 или 1; и
12
R получен из ненасыщенной группы (поли)алкиленгликолевого простого эфира, предпочтительно в соответствии с формулой (V):
где i и j независимо представляют собой целое число от 2 до 5; предпочтительно по меньшей мере один из i и j равняется 2;
x и y независимо представляют собой целое число в диапазоне от 1 до 350;
z представляет собой целое число в диапазоне от 0 до 200;
13
6–10
R представляет собой замещенную или незамещенную Cарильную группу, предпочтительно фенил; и
14
6
6′
R представляет собой водород, алифатическую углеводородную группу, содержащую 1–20 атомов углерода, радикал формулы (IIa) или (IIb) (где R, R и t имеют такое же значение, что и определенное выше) или группу формулы (IIIa), (IIIb) или (IIIc):
15
17
16
1–20
6–12
7–20
7–20
1–20
6–12
7–20
7–20
где R и R независимо представляют собой Cалкил, Cарил, Cаралкил или Cалкиларил; и R представляет собой Cалкилен, Cарилен, Cаралкилен или Cалкиларилен.
В конкретных вариантах осуществления один или более разжижителей могут содержать PCE, который содержит два или более повторяющихся звеньев, выбранных из повторяющегося звена формулы (I), повторяющегося звена формулы (III) и повторяющегося звена формулы (IV), описанных выше.
Соединения на основе PCE должны содержать по меньшей мере одно повторяющееся звено, содержащее карбоксильную группу или ее соль или сложный эфир. Предпочтительно, одно или более соединений на основе PCE содержат по меньшей мере 50 вес. % одного или более повторяющихся звеньев, содержащих карбоксильную группу или ее соль или сложный эфир. Предпочтительно, соединение на основе PCE содержит по меньшей мере одно повторяющееся звено:
1
2
3
4
5
формулы (I), где n и q равняются 1, W представляет собой кислород; и R, R, R, R, R, p, q и r определены выше; и/или
9
10
формулы (III), где R, R и M определены выше.
Предпочтительно, для карбоксильных фрагментов применяется солевая форма; наиболее предпочтительно соли Na и/или K.
В конкретных вариантах осуществления один или более разжижителей могут содержать по меньшей мере один PCE, содержащий повторяющееся звено, которое является производным от мономера, выбранного из:
ненасыщенных мономеров на основе монокарбоновой или дикарбоновой кислоты, такой как акриловая кислота, метакриловая кислота, малеиновая кислота, малеиновый ангидрид, фумаровая кислота, итаконовая кислота, итаконовый ангидрид или цитраконовая кислота и их соли одновалентных или двухвалентных металлов, четвертичного аммония или органических аминов;
сложных эфиров и сложных диэфиров вышеуказанных ненасыщенных мономеров на основе монокарбоновой или дикарбоновой кислоты, которые содержат спиртовую функциональную группу, содержащую 1–30 атомов углерода;
амидов и диамидов вышеуказанных ненасыщенных мономеров на основе монокарбоновой или дикарбоновой кислоты, которые содержат функциональную аминогруппу, содержащую 1–30 атомов углерода;
сложных эфиров и сложных диэфиров вышеуказанных ненасыщенных мономеров на основе монокарбоновой или дикарбоновой кислоты, которые содержат функциональную группу на основе алкокси(поли(алкиленгликолей)), полученную путем добавления от 1 до 500 моль алкиленоксида, содержащего 2–18 атомов углерода, к вышеуказанным спиртам и аминам;
сложных эфиров и сложных диэфиров вышеуказанных ненасыщенных мономеров на основе монокарбоновой или дикарбоновой кислоты, которые содержат гликолевую функциональную группу, содержащую 2–18 атомов углерода или содержащую 2–500 звеньев поли(алкиленгликолей) в качестве молярного числа добавления предыдущих гликолей;
ненасыщенных сульфоновых кислот, таких как винилсульфонат, (мет)аллилсульфонат, 2-(мет)акрилоксиэтилсульфонат, 3-(мет)акрилоксипропилсульфонат, 3-(мет)акрилокси-2-гидроксипропилсульфонат, 3-(мет)акрилокси-2-гидроксипропилсульфофениловый простой эфир, 3-(мет)акрилокси-2-гидроксипропилоксисульфобензоат, 4-(мет)акрилоксибутилсульфонат, (мет)акриламидометилсульфоновая кислота, (мет)акриламидоэтилсульфоновая кислота, (мет)акриламид-2-метилпропансульфоновая кислота и стиролсульфоновая кислота или их соли с одновалентными или двухвалентными металлами, четвертичным аммонием или органическими аминами;
винилароматических соединений, таких как стирол, α-метилстирол, винилтолуол и п-метилстирол;
ненасыщенных амидов, таких как (мет)акриламид, (мет)акрилалкиламид, N-метилол(мет)акриламид и N,N-диметил(мет)акриламид;
ненасыщенных сложных эфиров, таких как винилацетат и винилпропионат;
ненасыщенных аминов, таких как аминоэтил(мет)акрилат, метиламиноэтил(мет)акрилат, диметиламиноэтил(мет)акрилат, диметиламинопропил(мет)акрилат, дибутиламиноэтил(мет)акрилат и винилпиридин;
аллильных соединений, таких как (мет)аллиловый спирт и глицидил(мет)аллиловый простой эфир; для которых молярная масса указанного сополимера составляет 15000–250000 Дальтон, при этом указанный сополимер не содержит сшивающих звеньев.
В конкретных вариантах осуществления сердцевина содержит пластифицирующую добавку, которая представляет собой соль сополимера полиоксиалкилена и поликарбоксилата, более конкретно соль сополимера полиоксиэтилена и поликарбоксилата или сополимера поликарбоксилата и поли(этиленгликоля), наиболее конкретно натриевую соль сополимера полиоксиэтилена и поликарбоксилата.
Разжижители в сердцевине плит на основе строительного гипса, описанных в данном документе, обычно присутствуют в сердцевине в количестве, составляющем по меньшей мере 2400 г/м³; предпочтительно по меньшей мере 4800 г/м³. В дополнительных вариантах осуществления разжижитель(разжижители) присутствует(присутствуют) в сердцевине в количестве, составляющем по меньшей мере 5000 г/м³ или даже по меньшей мере 6000 г/м³.
Многие разжижители не очень эффективны в случае применения в больших дозах. Предпочтительно, разжижители типа PCE эффективны вплоть до относительно высоких доз, и их идеальная доза может быть определена на основе цены, а также эффективности. Обычно сердцевина будет содержать максимум 20000 г/м³ разжижителей. В предпочтительных вариантах осуществления сердцевина содержит максимум 15000 г/м³ разжижителей, например, приблизительно 8000 г/м³ разжижителей. В конкретных вариантах осуществления сердцевина содержит разжижитель(разжижители) в количестве, находящемся в диапазоне от 2400 г/м³ до 10000 г/м³.
Сердцевина описанной в данном документе плиты на основе строительного гипса содержит волокна, более конкретно, стекловолокна. Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что при применении в комбинации с водоотталкивающим средством применение относительно высоких количеств стекловолокон может обеспечить получение гипсовых плит, которые имеют превосходные водостойкость и механические свойства.
В контексте настоящего изобретения подразумевается, что «волокна» означают продолговатые объекты с размером по длине значительно большим, чем ширина и толщина. Предпочтительно, длина больше ширины и толщины по меньшей мере в 10, по меньшей мере в 50 или даже по меньшей мере в 100 раз. Волокна могут иметь изогнутую или прямую форму. Кроме того, термин «волокна» включает моноволокна, перевивочные нити и штапельные волокна. Волокна могут иметь поперечное сечение правильной или неправильной формы. Форма поперечного сечения волокон может быть круглой или иной формы.
Стекловолокна присутствуют в сердцевине в общем количестве, составляющем по меньшей мере 3200 г/м³.
В конкретных вариантах осуществления сердцевина может дополнительно содержать волокна, которые отличаются от стекловолокон, такие как волокна на основе поли(винилового спирта) (PVA). Присутствие или отсутствие других волокон обычно будет зависеть от требуемых свойств и применения плиты на основе строительного гипса. В конкретных вариантах осуществления сердцевина не содержит волокон, которые отличаются от стекловолокон.
Обычно (стеклянные) волокна характеризуются средней (среднечисловой) длиной, находящейся в диапазоне от 3 мм до 24 мм, предпочтительно в диапазоне от 10 мм до 15 мм; например, приблизительно 13 мм. Предпочтительно, (стеклянные) волокна характеризуются диаметром, который находится в диапазоне от 5 мкм до 25 мкм, более предпочтительно в диапазоне от 8 мкм до 20 мкм, наиболее предпочтительно в диапазоне от 10 мкм до 15 мкм; например, приблизительно 13 мкм.
Предпочтительно, стекловолокна, полученные из алюмоборосиликатного стекла, которое содержит менее 1 вес. % оксидов щелочных металлов; такие составы стекла известны как «E-стекло». Однако предусмотрено, что можно применять другие составы стекла.
Сердцевина содержит по меньшей мере 3200 г/м³ стекловолокон, предпочтительно по меньшей мере 4000 г/м³. В дополнительных вариантах осуществления сердцевина содержит стекловолокна в диапазоне от 3200 г/м³ до 12000 г/м³; предпочтительно в диапазоне от 4000 г/м³ до 10400 г/м³. В конкретных вариантах осуществления сердцевина содержит стекловолокна в диапазоне от 3200 г/м³ до 10000 г/м³. В дополнительных вариантах осуществления сердцевина содержит стекловолокна в диапазоне от 4000 г/м³ до 10000 г/м³.
Сердцевина описанной в данном документе плиты на основе строительного гипса содержит одно или более водоотталкивающих средств, диспергированных в матрице сердцевины. Термин «водоотталкивающее средство» относится к компоненту или соединению, которое присутствует в суспензии на основе строительного гипса для получения сердцевины, и за счет которого обеспечивается повышение гидрофобности сердцевины, и/или которое может улучшать гидрофобные свойства сердцевины.
Обычно водоотталкивающее средство представляет собой гидрофобный материал. В контексте настоящего изобретения, и как обычно понимается, термин «гидрофобный» означает свойство материала, отражая его водоотталкивающую способность. В целях настоящего изобретения гидрофобный материал определяется как материал, который в случае предоставления в виде плоской поверхности характеризуется углом контакта с водой, который составляет по меньшей мере 90° и не более 180°.
Описанная в данном документе гипсовая плита может иметь превосходные водоотталкивающие свойства, даже с относительно низкими количествами водоотталкивающих средств. В конкретных вариантах осуществления водоотталкивающее(водоотталкивающие) средство(средства) может(могут) присутствовать в общем количестве от 1500 г/м³ до 6000 г/м³; предпочтительно в общем количестве от 2400 г/м³ до 5600 г/м³; даже еще более предпочтительно в диапазоне от 2400 г/м³ до 4800 г/м³.
Пригодные водоотталкивающие средства включают без ограничения кремнийорганические соединения; воски; термопластичные синтетические смолы, такие как поли(винилацетат); поли(винилхлорид) и сополимер винилацетата и винилхлорида, а также акриловые смолы. В предпочтительных вариантах осуществления водоотталкивающее(водоотталкивающие) средство(средства) представляет(представляют) собой (гидрофобные) кремнийорганические соединения.
В предпочтительных вариантах осуществления одно или более водоотталкивающих средств могут содержать полисилоксан, более конкретно полиорганосилоксан, например полиалкилгидросилоксан, или быть ими. Особенно предпочтительными полиалкилгидросилоксанами являются полиметилгидросилоксаны (PMHS).
1
2
3
1
2
2
1
2
3
1
2
3
1/2
3/2
1–6
1–6
В конкретных вариантах осуществления водоотталкивающее(водоотталкивающие) средство(средства) содержит(содержат) полисилоксан, который представляет собой линейное, циклизированное или разветвленное макромолекулярное водоотталкивающее соединение, которое содержит звенья полисилоксана, каждое из которых выбрано из группы, состоящей из групп (RRRSiO), (RRSiO) и (RSiO), где R выбран из списка, состоящего из водорода, галогена или алкокси; и R и R независимо выбраны из алкила или фенила. В конкретных вариантах осуществления R выбран из списка, состоящего из водорода, галогена или Cалкокси; и R и R независимо выбраны из Cалкила или фенила.
Термин «галоген», используемый в данном документе, относится к атому галогена, более конкретно F, Cl, Br или I. Предпочтительно, «галоген» представляет собой Cl.
В предпочтительных вариантах осуществления одно или более водоотталкивающих средств могут содержать полисилоксан; при этом сердцевина плиты на основе строительного гипса дополнительно содержит одно или более глинистых минеральных веществ, более конкретно один или более филлосиликатов алюминия, выбранных из группы, состоящей из каолинита, иллита, галлуазита, монтмориллонита, вермикулита, талька, сепиолита, палыгорскита и пирофиллита. Синергия между глинистыми минеральными веществами и полисилоксанами может привести в результате к значительно улучшенным водоотталкивающим свойствам. В контексте данного изобретения глинистые минеральные вещества как таковые не считаются водоотталкивающим средством. Предпочтительными глинистыми минеральными веществами являются каолинит и/или иллит. Наиболее предпочтительно, глинистое минеральное вещество представляет собой каолинит или содержит его.
В особенно предпочтительных вариантах осуществления плита на основе строительного гипса может содержать смесь одного или более водоотталкивающих средств на основе полисилоксанов и одного или более глинистых минеральных веществ.
В конкретных вариантах осуществления сердцевина содержит одно или более кремнийорганических соединений в количестве, находящемся в диапазоне от 2400 до 5600 г/м³, и одно или более глинистых минеральных веществ. Обычно общий вес одного или более кремнийорганических соединений составляет от 1 вес. % до 50 вес. %, в пересчете на общий вес одного или более глинистых минеральных веществ. В дополнительных вариантах осуществления общий вес одного или более кремнийорганических соединений составляет от 5 вес. % до 20 вес. %, в пересчете на общий вес одного или более глинистых минеральных веществ.
В конкретных вариантах осуществления сердцевина содержит указанные одно или более глинистых минеральных веществ в общем количестве, находящемся в диапазоне от 10 кг/м³ до 50 кг/м³.
Описанная в данном документе композиция на основе строительного гипса может дополнительно содержать одну или более добавок, таких как пигменты, наполнители, ускоряющие средства, замедляющие средства, виды крахмала и средства против усадки.
Пригодный набор замедляющих средств включает без ограничения: лизированные или расщепленные белки, такие как гидролитически расщепленный кератин; гидроксикарбоновые кислоты или их соли, такие как лимонная кислота и яблочная кислота; фосфоновые кислоты или их соли и фосфаты и их соли, такие как монофосфат кальция или триполифосфат натрия.
В конкретных вариантах осуществления гипсовая плита содержит одно или более средств против усадки, например, винную кислоту. Такие добавки могут уменьшить усадку и могут улучшить прочность на поперечную деформацию полученной в результате плиты на основе строительного гипса. В дополнительных вариантах осуществления гипсовая плита содержит винную кислоту в количестве, находящемся в диапазоне от 80 г/м³ до 400 г/м³, предпочтительно в количестве, находящемся в диапазоне от 80 г/м³ до 240 г/м³, например, приблизительно 160 г/м³.
В конкретных вариантах осуществления сердцевина предпочтительно содержит неволокнистый поли(виниловый спирт) (PVA) или сополимер PVA и поли(винилацетата), содержащий не менее 50 вес. % мономеров винилового спирта. Добавление PVA может привести в результате к улучшенному связыванию между сердцевиной и покровными слоями и может дополнительно привести в результате к улучшенной механической прочности. В предпочтительных вариантах осуществления сердцевина содержит PVA в количестве, составляющем в диапазоне от 2000 г/м³ до 3600 г/м³. Обычно PVA присутствует в сердцевине в виде пленки, которая обволакивает кристаллы гипса.
Однако предполагается, что в определенных вариантах осуществления сердцевина не содержит (неволокнистого) PVA. Поскольку PVA может привести к некоторому пенообразованию, то его преимущественно не применяют для получения сердцевин, которые характеризуются очень высокой плотностью, более конкретно — выше 1100 кг/м³, в частности, выше 1200 кг/м³.
В конкретных вариантах осуществления сердцевина может содержать крахмал. Крахмал может представлять собой натуральный крахмал или производное крахмала, такое как замещенный крахмал. Крахмал можно получать, например, из картофеля, тапиоки или кукурузы. Виды крахмала часто применяются для улучшения адгезии облицовочного покрытия к сердцевине. Дополнительно считается, что замещенные виды крахмала действуют как эффективные связующие вещества для неорганической фазы плит на основе строительного гипса, например гипса, за счет чего обеспечивается прочность сердцевины плиты на основе строительного гипса. Предпочтительные замещенные виды крахмала включают без ограничения гидроксиэтилированный крахмал, гидроксипропилированный крахмал и/или ацетилированный крахмал. Предпочтительно, крахмал является нерастворимым в холодной воде, но растворяется при более высокой температуре обработки во время формования, схватывания или высушивания плиты на основе строительного гипса. Считается, что это ограничивает чрезмерное перемещение крахмала, так что он остается в сердцевине плиты на основе строительного гипса с обеспечением связующего вещества для кристаллов гипса.
Описанная в данном документе гипсовая плита предпочтительно представляет собой плиту высокой плотности. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что вместе с присутствием водоотталкивающего средства в сердцевине высокая плотность может обеспечить повышение водостойкости плит. Более конкретно, авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что повышение плотности плиты обеспечивает уменьшение количества водоотталкивающих веществ, сохраняя при этом превосходную водостойкость сердцевины. Кроме того, высокая плотность может обеспечить улучшенную прочность. Сердцевина характеризуется насыпной плотностью, составляющей по меньшей мере 1000 кг/м³, более конкретно по меньшей мере 1025 кг/м³. В предпочтительных вариантах осуществления сердцевина характеризуется насыпной плотностью, составляющей по меньшей мере 1050 кг/м³. В дополнительных вариантах осуществления сердцевина характеризуется насыпной плотностью, составляющей по меньшей мере 1100 кг/м³ или даже по меньшей мере 1150 кг/м³. В таких вариантах осуществления сердцевина предпочтительно содержит одну или более пластифицирующих добавок, описанных выше. В предпочтительных вариантах осуществления сердцевина характеризуется насыпной плотностью, которая находится в диапазоне от 1000 кг/м³ до 1500 кг/м³, более предпочтительно от 1000 кг/м³ до 1300 кг/м³. В дополнительных вариантах осуществления сердцевина может характеризоваться насыпной плотностью, находящейся в диапазоне от 1000 кг/м³ до 1250 кг/м³, предпочтительно в диапазоне от 1050 кг/м³ до 1250 кг/м³. В конкретных вариантах осуществления сердцевина может характеризоваться насыпной плотностью, которая находится в диапазоне от 1100 кг/м³ до 1225 кг/м³.
Описанная в данном документе гипсовая плита обычно имеет две противоположные поверхности. В предпочтительных вариантах осуществления по меньшей мере одна поверхность обеспечена покровным слоем. Более предпочтительно, обе поверхности обеспечены таким покровным слоем. Обе поверхности могут быть обеспечены покровным слоем одного и того же типа или другого типа. Покровный слой может представлять собой гидрофобный покровный слой для дополнительной защиты плиты от влаги.
В конкретных вариантах осуществления покровный слой может представлять собой покровный слой из бумаги или покровный слой из стекловолокнистого мата. В конкретных вариантах осуществления покровный слой содержит по меньшей мере один тонкий слой нетканого материала и связующую композицию. В предпочтительных вариантах осуществления связующая композиция составляет от 10 до 40 вес. % от общего веса мата; при этом связующая композиция содержит сополимер, содержащий сомономерное звено винилового сложного эфира альфа-разветвленной алифатической монокарбоновой кислоты, при этом указанный сополимер присутствует в количестве, составляющем от 25 до 100 вес. % от веса связующей композиции. В дополнительных вариантах осуществления связующая композиция составляет от 15 вес. % до 35 вес. % от общего веса мата.
Нетканый материал может содержать волокна, выбранные из органических волокон, минеральных волокон, синтетических полимерных волокон и их смесей. Минеральные волокна могут представлять собой стеклянные и/или базальтовые волокна. Синтетические волокна могут представлять собой полиамидные волокна, полиарамидные волокна, полиэтиленовые волокна, полипропиленовые волокна и/или сложнополиэфирные волокна. Органические волокна могут представлять собой волокна на основе целлюлозы, такие как волокна из льна, волокна на основе древесной целлюлозы, хлопчатобумажные, сизальные волокна, волокна из пеньки, вискозные, волокна из искусственного шелка и/или волокна лиоцелл. Предпочтительно, содержание этих органических волокон составляет менее 25 вес. % от количества нетканого волокнистого материала.
Дополнительно, в данном документе описывается изготовление гипсовой плиты, описанной выше. Способы изготовления плиты на основе строительного гипса, основанные на применении композиции или суспензии на основе данного строительного гипса, хорошо известны из уровня техники. Более конкретно, описанный в данном документе способ может включать:
(i) получение водной суспензии или пасты на основе гипса;
(ii) формование указанной суспензии или пасты в панель и
(iii) обеспечение схватывания указанной панели.
На стадии (i) получают водную суспензию или пасту на основе строительного гипса. Суспензию можно получать путем смешивания строительного гипса с водой и добавками (такими как пластифицирующие добавки, водоотталкивающие средства и волокна) в смесителе, как известно из уровня техники. Момент введения добавок не является критическим. Например, одну или более добавок можно вводить непосредственно в воду для затворения или вводить непосредственно в смеситель.
В предпочтительных вариантах осуществления суспензия или паста содержит строительный гипс (способный к гидратации сульфат кальция), воду, пластифицирующую добавку, водоотталкивающее средство и стекловолокна в количествах, достаточных для обеспечения получения плиты на основе строительного гипса, описанной выше.
Как описано выше, пластифицирующая добавка предпочтительно выбрана из списка, состоящего из поликарбоксилатного простого эфира и сополимера полифосфоната и полиоксиалкилена; и предпочтительно их солей.
В предпочтительных вариантах осуществления суспензия или паста на основе строительного гипса характеризуется низким соотношением воды и строительного гипса, т. е. веса воды для затворения в пасте или суспензии относительно сухого веса строительного гипса в этой суспензии или пасте. Было обнаружено, что для данной плотности конечной плиты на основе строительного гипса уменьшение соотношения воды и строительного гипса имеет склонность повышать прочность плиты на сжатие. Более конкретно, суспензия или паста на основе строительного гипса может характеризоваться соотношением воды и строительного гипса, которое равняется 0,70 или меньше; т. е. максимум 0,70 части воды на 100 частей строительного гипса (части по весу). В соответствии с некоторыми вариантами осуществления соотношение воды и строительного гипса может равняться 0,65 или меньше, или даже равняться 0,60 или меньше, или даже равняться 0,55 или меньше. В конкретных вариантах осуществления соотношение воды и строительного гипса находится в диапазоне от 0,45 до 0,70, предпочтительно от 0,45 до 0,63, более предпочтительно от 0,45 до 0,60. В конкретных вариантах осуществления соотношение воды и строительного гипса может находиться в диапазоне от 0,50 до 0,70 или от 0,50 до 0,63.
Вместе, содержание строительного гипса и воды для затворения обычно составляет не менее 82 вес. % суспензии, предпочтительно по меньшей мере 85 вес. %, более предпочтительно по меньшей мере 90 вес. %.
Предпочтительно, строительный гипс характеризуется содержанием HH сульфата кальция, которое составляет по меньшей мере 93 вес. % (в пересчете на общий вес строительного гипса), предпочтительно более 94 вес. %. Строительный гипс, применяемый в суспензии, может быть получен из синтетического или натурального гипса и предпочтительно получен из синтетического гипса, такого как DSG.
Суспензия или паста на основе строительного гипса может содержать водоотталкивающее средство, описанное выше. Дополнительно, или в качестве альтернативы, суспензия или паста может содержать одно или более соединений, которые затвердевают с образованием гидрофобной кремнийорганической смолы в щелочной среде; предпочтительно при значении pH в диапазоне от 7,5 до 9,5. Примеры пригодных соединений включают без ограничения алкил- и/или винилалкоксисиланы; алкил- и/или винилсилоксаны; алкил- и/или винилсиланолы; алкилсиликонаты и их смеси.
Описанные в данном документе плиты на основе строительного гипса предпочтительно представляют собой плиты высокой плотности. Соответственно, суспензия, применяемая на стадии (i), обычно не будет содержать (специально предназначенных для данной цели) пенообразующих средств. Предпочтительно, суспензия практически не содержит алкилсульфатов, алкилэфирсульфатов, алкилэфиркарбоксилатов, этоксилированных алкилфенолов, алкилсульфонатов, алкилполиглюкозидов, бетаинов, аминоксидов, алкилполисахаридов и алкилсульфосукцинатов.
В конкретных вариантах осуществления суспензия на основе строительного гипса содержит:
- воду и строительный гипс (способный к гидратации сульфат кальция), при этом соотношение воды и строительного гипса находится в диапазоне от 0,45 до 0,70;
- одну или более пластифицирующих добавок на основе поликарбоксилатного простого эфира в общем количестве, находящемся в диапазоне от 0,18 вес. % до 2,0 вес. %, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса;
- от 0,1 вес. % до 2,0 вес. % водоотталкивающего средства на основе кремнийорганического соединения;
- от 0,5 вес. % до 10 вес. % глинистого минерального вещества в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса, и
- стекловолокна в общем количестве, находящемся в диапазоне от 0,25 вес. % до 5 вес. %, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса.
В конкретных вариантах осуществления суспензия на основе строительного гипса содержит:
- воду и строительный гипс (способный к гидратации сульфат кальция), при этом соотношение воды и строительного гипса находится в диапазоне от 0,45 до 0,70;
- одну или более пластифицирующих добавок на основе поликарбоксилатного простого эфира в общем количестве, находящемся в диапазоне от 0,2 вес. % до 1,5 вес. %, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса;
- от 0,1 вес. % до 1,0 вес. % водоотталкивающего средства на основе кремнийорганического соединения;
- от 1,0 вес. % до 5,0 вес. % глинистого минерального вещества, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса, и
- стекловолокна в общем количестве, находящемся в диапазоне от 0,3 вес. % до 1,5 вес. %, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса.
В конкретных вариантах осуществления суспензия на основе строительного гипса содержит:
- воду и строительный гипс (способный к гидратации сульфат кальция), при этом соотношение воды и строительного гипса находится в диапазоне от 0,45 до 0,70;
- одну или более пластифицирующих добавок на основе поликарбоксилатного простого эфира в общем количестве, находящемся в диапазоне от 0,3 вес. % до 1,5 вес. %, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса;
- от 0,1 вес. % до 1,0 вес. % водоотталкивающего средства на основе кремнийорганического соединения;
- от 1,0 вес. % до 5,0 вес. % глинистого минерального вещества, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса, и
- стекловолокна в общем количестве, находящемся в диапазоне от 0,3 вес. % до 1,5 вес. %, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса.
В конкретных вариантах осуществления суспензия на основе строительного гипса содержит:
- воду и строительный гипс (способный к гидратации сульфат кальция), при этом соотношение воды и строительного гипса находится в диапазоне от 0,45 до 0,60;
- одну или более пластифицирующих добавок на основе поликарбоксилатного простого эфира в общем количестве, находящемся в диапазоне от 0,3 вес. % до 1,0 вес. %, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса;
- от 0,1 вес. % до 0,8 вес. % водоотталкивающего средства на основе кремнийорганического соединения;
- от 1,0 вес. % до 5,0 вес. % глинистого минерального вещества, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса и
- стекловолокна в общем количестве, находящемся в диапазоне от 0,3 вес. % до 1,5 вес. %, в пересчете на сухой вес указанного строительного гипса.
Обычно строительный гипс представлен в виде порошка. Размер частиц строительного гипса в суспензии обычно меньше, чем начальный размер частиц сухого строительного гипса перед смешиванием в суспензию. Размер частиц может быть выражен с помощью d50. Термин «d50» в контексте настоящего изобретения представляет собой параметр для среднего размера частиц и определен следующим образом: 50% (по количеству) частиц (например, зерен) в соответствующем образце характеризуются размером, равным данному значению d50 или меньшим. Термин «размер частиц» фактически представляет собой диаметр сферы, объем которой идентичен объему рассматриваемой частицы, которая имеет произвольную форму. Размеры частиц, на которые дается ссылка в данном документе, можно измерять с использованием спектроскопии на основе лазерной дифракции (LDS), более конкретно в соответствии с ISO13320-1:1999. Для измерений строительный гипс является предпочтительно диспергированным в спирте, таком как изопропанол, с целью предотвращения гидратации строительного гипса. Перед измерением строительный гипс в спирте можно подвергать ультразвуковой обработке в течение 2 минут с целью получения оптимальной дисперсии частиц.
В конкретных вариантах осуществления сухой строительный гипс (т. е. перед смешиванием с водой) характеризуется d50, которое находится в диапазоне от 0,5 мкм до 150 мкм, предпочтительно в диапазоне от 1,0 мкм до 50 мкм и более предпочтительно в диапазоне от 2 мкм до 25 мкм, например, приблизительно 7 мкм. В конкретных вариантах осуществления сухой строительный гипс характеризуется d50, которое находится в диапазоне от 10 до 100 мкм перед смешиванием, предпочтительно в диапазоне от 15 до 75 мкм.
На стадии (ii) композицию на основе строительного гипса формуют в панель. Это можно осуществить с применением известных способов. Обычно композицию на основе строительного гипса размещают между двумя облицовочными покрытиями или покровными слоями, т. е. листами покровного материала. Затем суспензию формуют или спрессовывают в панель. Обычно суспензию на основе гипса наливают поверх одного такого покровного слоя, а второе покрытие может быть получено после такой отливки. Суспензию на основе гипса можно сжимать между указанными покровными слоями. Покровные слои или облицовочные покрытия могут содержать бумагу или картон, или быть получены из них, и/или могут содержать нетканый материал, содержащий минеральные, стеклянные и/или полимерные волокна. Панель, полученная на стадии (ii), имеет неопределенную длину и будет отрезана до необходимого размера.
На стадии (iii) обеспечивают схватывание панели, полученной на стадии (b). Более конкретно, обеспечивают схватывание композиции на основе строительного гипса в панели. Это хорошо известно из уровня техники. Обычно описанный в данном документе способ также будет включать стадию высушивания панели. Высушивание обычно осуществляют в сушилке при повышенной температуре, предпочтительно температура сушки установлена на значения от 100°C до 250°C. Фактическая температура плиты на основе строительного гипса во время высушивания обычно не превышает 100°C. Обычно высушивание происходит после схватывания панели. Более конкретно, значение повторной гидратации предпочтительно составляет как можно ближе к 100%, предпочтительно по меньшей мере 97%.
ПРИМЕРЫ
Следующие примеры приведены с целью иллюстрации настоящего изобретения, и ни в коем случае не предназначены для ограничения объема данного изобретения, и ни в коей мере не должны рассматриваться как таковые.
Получение плиты на основе строительного гипса
1.1. Получение суспензии на основе строительного гипса
Плиты на основе строительного гипса получали из пяти различных суспензий на основе строительного гипса. Суспензии на основе строительного гипса получали путем диспергирования строительного гипса, полученного с DSG, в воде при соотношении вода/строительный гипс, указанном в таблице 1. Суспензии также содержали другие компоненты, приведенные в таблице 1. Все количества в таблице 1 выражены в вес. % относительно общего веса строительного гипса. В отличие от остальной части данного описания, вес строительного гипса на основе DSG в таблице 1 представляет собой вес, который включает примеси (менее 5 вес. % от строительного гипса на основе DSG). Суспензии 4 и 5 получали из другой партии строительного гипса, чем для суспензий 1–3.
TM
Во всех суспензиях применялся тот же тип кремнийорганического соединения, глины, разжижителя, стекловолокон, порошка на основе PVA, винной кислоты и фунгицида. Разжижитель представлял собой натриевую соль поликарбоксилатного простого полиэфира (PCP) (Ethacryl M, доступный от Coatex). Стекловолокна представляли собой E-стекло и характеризовались диаметром приблизительно 13 мкм и длиной приблизительно 13 мм. Глина представляла собой каолинит.
Таблица 1. Состав суспензий на основе строительного гипса, применяемых для изготовления плиты на основе строительного гипса
1.2. Получение плиты на основе строительного гипса
Каждую из вышеописанных суспензий 1–5 применяли для изготовления плиты на основе строительного гипса. Плиты изготавливали на стандартной производственной линии для гипсовых плит, при этом суспензию выливали между двумя прослойками покровного слоя. Покровный слой получали из нетканого материала, который содержал смесь стекловолокон и целлюлозных волокон и характеризовался исходным весом 120 г/м² и толщиной приблизительно 300 мкм. Хотя все плиты получали с тем же типом покровного слоя, плиты 4 и 5 получали с более старыми рулонами покровного слоя. После наливания суспензии обеспечивали схватывание строительного гипса, и полученные панели высушивали.
Определение характеристик плиты на основе строительного гипса
Различные свойства плит тестировали и сравнивали со свойствами двух коммерчески доступных плит с такой же толщиной: GTEC Ladura (Siniat) и Fermacell Gypsum Fibreboard. GTEC Ladura классифицирована как твердая гипсовая плита (GHB), и она крепче, тверже и тяжелее, чем стандартная плита на основе строительного гипса. Сердцевина содержит строительный гипс, и волокна древесины твердых пород, и стекловолокна, включенные в сердцевину. Плита Fermacell представляет собой плиту высокой плотности, которая позиционирована как характеризующаяся надлежащей стойкостью к влаге, и имеет сердцевину, которая содержит гипс и бумажные волокна.
Гипсовые плиты, такие как Ladura и Fermacell, часто применяются в качестве защитных плит на внутренней стороне наружных стен, которые имеют деревянный каркас. На внешней стороне такой стены традиционно применяют ориентированную стружечную плиту (OSB), защищенную мембраной, которая представляет собой экран от дождя, более конкретно OSB 3 класса в соответствии с EN 335 (древесина для видов наружного применения, частого насыщения влагой на короткие периоды).
2.1. Вес и толщина
Для всех плит измеряли плотность, вес и толщину плиты. Результаты приведены в таблице 2. Результаты демонстрируют, что с помощью уменьшения соотношения воды и строительного гипса можно получить плиты с высокими значениями плотности. Потерю текучести суспензии в результате уменьшения соотношения воды и строительного гипса можно компенсировать путем добавления разбавителя.
Таблица 2. Характеристики плит на основе строительного гипса
2.2. Свойства в отношении поглощения воды
Свойства плит в отношении поглощения воды оценивали по Коббу через два часа (2 ч.) в соответствии с EN 520 и тестами на поглощение воды за 2 ч. в соответствии с EN 520 и EN15 283-1. Результаты подытожены в таблице 3. Плиты 1–5 продемонстрировали превосходные свойства в отношении поглощения воды по сравнению с плитами LaDura и Fermacell как на поверхности, так и в сердцевине. Хотя свойства в отношении поглощения воды были превосходными для всех плит, повышенное поглощение воды наблюдали для плит 4 и 5 по сравнению с плитами 1–3, что может быть связано с различиями в строительном гипсе и покровном слое.
Таблица 3. Повторная гидратация и свойства в отношении поглощения воды
2.3. Прочность на изгиб
Тестировали прочность на изгиб всех плит. Результаты теста подытожены в таблице 4. Изгиб в сухих условиях или прочность на изгиб тестировали в продольном направлении (направление обработки, MD), а также в поперечном направлении (перпендикулярное направление, CD) в соответствии с EN 15 283-1. Разрушение во влажных условиях или прочность на изгиб тестировали в продольном направлении, а также в поперечном направлении в соответствии с EN 15 283-1 после кондиционирования в течение 7 дней при 30°C и относительной влажности 90%. Разрушающую нагрузку через 2 часа после погружения в воду тестировали в соответствии с EN 15 283-1. Результаты четко демонстрируют улучшенный модуль Юнга (модуль упругости) и улучшение в отношении разрушающей нагрузки (как в направлении обработки, так и в перпендикулярном направлении) для плит 1–5 по сравнению с плитами LaDura и Fermacell. Высокая прочность плит 4 и 5 является особенно неожиданной с учетом немного худших свойств в отношении поглощения воды. Для плит 3–5 прочность на изгиб во влажных условиях даже лучше, чем прочность на изгиб в сухих условиях плит LaDura и Fermacell. Без ограничения какой-либо теорией считают, что на высокий модуль упругости в основном влияет плотность плит, тогда как повышенная разрушающая нагрузка в основном достигается за счет высокого содержания стекловолокон.
Таблица 4. Механические свойства
2.4. Прочность на сжатие
2
Прочность на сжатие (прочность при сжатии) плит измеряли на образце размером 5 × 5 см, взятом с плиты в соответствии со стандартом ASTM C473-12. Результаты подытожены в таблице 5, и они демонстрируют значительное повышение прочности плиты по сравнению с панелями LaDura и Fermacell. Для всех плит 1–5 прочность на сжатие во влажных условиях даже лучше прочности на сжатие в сухих условиях для LaDura и Fermacell. Для плит 4 и 5 прочность в погруженном состоянии еще лучше, чем прочность на сжатие в сухих условиях LaDura и Fermacell. Это является особенно неожиданным, исходя из менее преимущественных свойств в отношении поглощения воды по сравнению с плитами 1–3.
Таблица 5. Прочность на сжатие (все значения в Н/мм²)
2.5. Прочность при вдавливании
Прочность при вдавливании для плит 1–5 измеряли в соответствии с EN 383. Тестовый метод имеет целью оценить устойчивость на сдвиг штифтов в плите в условиях окружающей среды (23°C, 50% RH). Дополнительно к обычным условиям, определенным в EN 383, тесты осуществляли на плитах в соответствии с настоящим изобретением через 2 часа после погружения в воду. Обычно тестировали три диаметра штифтов для симулирования типовых диаметров фиксирования (2,5 мм, 3,0 мм и 3,5 мм) и в направлении обработки, а также в перпендикулярном направлении. Результаты усредняли, и они подытожены в таблице 6, и они демонстрируют повышение прочности при вдавливании плит 1–5 по сравнению с плитами LaDura и Fermacell. Прочность при вдавливании является основным параметром для расчета устойчивости к поперечной деформации деревянных стен в соответствии с Eurocode 5. Соответственно, можно предположить, что плиты 1–5 обеспечивают улучшенную устойчивость к поперечной деформации по сравнению с плитами LaDura и Fermacell.
Таблица 6. Прочность при вдавливании
* Значения в направлении обработки и перпендикулярном направлении только для штифта 3,0 мм
2.6. Коэффициент надежности (K mod)
K mod представляет собой коэффициент надежности, который применяется вместе с прочностью при вдавливании в расчете прочности на поперечную деформацию в соответствии с Eurocode 5 (EN 1995-1-2). Чем ближе K mod к 1, тем выше рассчитанная прочность на поперечную деформацию. Этот коэффициент учитывает влияние продолжительности нагрузки, примененной по отношению к плитам, при нескольких климатических условиях, и его определяют в соответствии с EN 1156 («Панель на основе древесины. Определение продолжительности нагрузки и коэффициентов ползучести»). Тесты осуществляли для трех классов условий: класс 1 (условия окружающей среды, т. е. 20°C и не более 65% RH), класс 2 (полувлажные условия, т. е. 20°C и не более 85% RH) и класс 3 (влажные и очень влажные условия, т. е. 20°C и более 85% RH). Ladura и Fermacell не допускаются к тестам для класса 3 из-за их чувствительность к влаге. Соответственно, K mod для класса 3 для этих плит отсутствует.
Тестировали коэффициент K mod для плиты 1 и обнаружили, что он выше, чем коэффициент K mod для плит Ladura и Fermacell. Вместе с повышенной прочностью при вдавливании это означает, что плита 1 также характеризуется повышенной прочностью на поперечную деформацию.
Таблица 7. Коэффициент K mod
С учетом вышеуказанных результатов очевидно, что описанная в данном документе гипсовая плита является очень пригодной для применения на открытом воздухе или во влажных помещениях. Продукт является особенно пригодным для применения на внешних стенах, которые имеют в качестве опоры деревянный каркас или металлический каркас.