СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ БЕТА-ШТУКАТУРНОГО ГИПСА С ПРИМЕНЕНИЕМ ДИЭТИЛЕНТРИАМИНПЕНТАУКСУСНОЙ КИСЛОТЫ
METHOD OF MODIFYING BETA STUCCO WITH DIETHYLENE-TRIAMINE-PENTAACETIC ACID

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу покрытия штукатурного гипса диэтилентриаминпентауксусной кислотой (ДТПУ). В частности, модифицированный бета-штукатурный гипс обеспечивают путем распыления водного раствора ДТПУ на бета-штукатурный гипс и высушивания последнего с получением, таким образом, модифицированного материала бета-штукатурного гипса.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Гипс также известен как дигидрат сульфата кальция, сульфат кальция (terra alba) или природный гипс (landplaster). Обожженный гипс получают путем удаления части воды, связанной с кристаллами гипса. Терминами-синонимами для обожженного гипса являются строительный гипс, штукатурный гипс, полугидрат сульфата кальция и гемигидрат сульфата кальция. Обожженный гипс, штукатурный гипс и гемигидрат представляют собой наиболее часто употребляемые термины, и они взаимозаменяемо применены в настоящей заявке. При добыче гипса естественная порода находится в форме дигидрата, содержащего примерно две молекулы воды, связанные с каждой молекулой сульфата кальция. С целью получения формы штукатурного гипса природный гипс может быть подвергнут обжигу для отделения части гидратной воды, что может быть представлено с помощью следующего уравнения:
Гемигидрат сульфата кальция получают путем обжига для удаления связанных молекул воды. Гемигидрат выпускают в по меньшей мере двух кристаллических формах. Альфа-форму обожженного гипса получают путем обработки суспензии или обработки крупнокусковой породы, в процессе которой дигидрат сульфата кальция подвергают обжигу под давлением. Альфа-форма обожженного гипса образует менее выраженные игольчатые кристаллы по сравнению с бета-формой обожженного гипса, что обеспечивает возможность плотной непрерывной упаковки кристаллов с получением более плотного и прочного гипса. Морфология кристаллов альфа-гемигидрата допускает свободное движение молекул воды между кристаллами, требующее меньшего количества воды для образования текучей суспензии. Более удлиненные кристаллы неправильной формы характерны для бета-гемигидрата, который получают путем обжига гипса при атмосферном давлении. Эта кристаллическая структура приводит к образованию менее плотного продукта, поскольку кристаллы упакованы более свободно. Также бета-форма требует большего количества воды для превращения обожженного гипса в суспензию. Если обжиг дигидрата проводят при атмосферном давлении, получают бета-форму, а затраты оказываются относительно низкими по сравнению с альфа-формой обожженного гипса.
Синтетический гипс, который является побочным продуктом процессов десульфуризации отходящих газов электростанций, также подходит для применения. Отходящие газы, содержащие диоксид серы, подвергают мокрой очистке с помощью извести или известняка. Кальций из извести связывается с диоксидом серы с получением сульфита кальция.
Посредством принудительного окисления сульфит кальция превращают в сульфат кальция.
Синтетический гипс превращают в гемигидрат посредством обжига, описанного выше.
Ряд применяемых на практике продуктов из гипса может быть получен посредством смешивания гемигидрата сульфата кальция с водой и придания необходимой формы образующейся суспензии продукта. Допускают схватывание суспензии продукта путем взаимодействия гемигидрата сульфата кальция с достаточным количеством воды с превращением гемигидрата в матрицу, состоящую из взаимно связанных кристаллов дигидрата. По мере образования матрицы суспензия продукта становится твердой и сохраняет требуемую форму. Избыток воды затем должен быть удален из продукта посредством сушки.
Ускорители схватывания и замедлители схватывания (известные под общим названием «модификаторы схватывания») применяют в составах продуктов из гипса с целью регулирования времени схватывания. Если время схватывания слишком велико, исполнители работ тратят время в ожидании схватывания композиции, прежде чем они могут перейти к следующей стадии проекта. Если гипс схватывается слишком быстро, композиция затвердевает до того, как ее обработка оказывается должным образом завершена. В таких случаях может быть не достигнута необходимая гладкость поверхности или продукт может быть не «обработан» в достаточной степени для получения хорошей отделки.

Сухие смеси гемигидрата сульфата кальция с добавками предварительно смешивают и выпускают для удобства исполнителей работы и других лиц, которые могут не иметь необходимых знаний о подходящих добавках или количествах добавок. Сухие смеси предназначены для смешивания с водой с целью получения композиции высокого качества, удобной для применения. Одним из примеров схватывающейся смеси является смесь, образующая суспензию для покрытия полов при объединении с водой, такая как материал из гипса для покрытия полов LEVELROCK.
Ускорители схватывания применяют с целью ускорения схватывания суспензии. Замедлители добавляют в схватывающиеся смеси для увеличения периода обработки суспензии. Период обработки, также известный как время выдержки, представляет собой период времени, в течение которого суспензия остается пластичной и ей может быть придана требуемая конфигурация. В случае суспензии для покрытия полов, заданный период обработки является достаточно продолжительным для того, чтобы техник-строитель имел возможность качественно выровнять пол. Без замедлителя схватывания суспензия гемигидрата сульфата кальция (штукатурного гипса) характеризуется периодом обработки, которого часто недостаточно специалистам-отделочникам для получения удовлетворительного качества пола. Замедлители схватывания продлевают период обработки в зависимости от применяемого состава и места и способа нанесения суспензии таким образом, что отделочник имеет время для обработки суспензии, необходимое для получения пола высокого качества.
Традиционно замедлители схватывания на белковой основе, такие как замедлитель SUMA, и замедлители небелковой природы, такие как винный камень (битартрат калия), цитрат натрия и диэтилентриаминпентауксусная кислота, применяют в композициях для покрытия полов и других схватывающихся композициях на основе гипса для обеспечения регулирования процесса схватывания. Замедлителю Suma, коммерчески доступному в виде сухой порошковой добавки, присущи связанные с его применением недостатки, но подходящей замены ему не существует. Например, SUMA обладает сильным и неприятным запахом. Он содержит белковую основу, а его источниками являются волосяной покров и копыта различных животных, таких как лошади. SUMA также имеет нежелательные характеристики старения. В промышленности существует давняя потребность в подходящей замене этому сухому замедлителю схватывания.
ДТПУ также широко известны как хорошие замедлители схватывания, но сухие порошковые формы, как было обнаружено, являются неэффективными. Например, в патенте США №4661161 Джакаки (Jakacki) с соавт. предлагают добавление жидкой формы диэтилентриаминпентауксусной кислоты (ДТПУ). Существует потребность в сухом или порошковом компоненте, подходящем для применения в схватывающихся смесях и содержащем ДТПУ в качестве замедлителя схватывания, который мог бы стать подходящей заменой замедлителям схватывания на белковой основе, таким как SUMA. Также существует связанная с этим необходимость улучшения эффективности жидкой ДТПУ в качестве подходящего замедлителя схватывания.
Также существует потребность в схватывающейся смеси, которая характеризовалась бы хорошей прочностью на сжатие. Например, продукты из гипса должны быть способны удерживать крепежные детали или выдерживать давления, которым подвергается пол.
Кроме того, существует потребность в схватывающейся смеси, которая требовала бы меньшего количества воды для образования текучей суспензии. Вода не всегда легкодоступна на месте проведения работ. Использование уменьшенных количеств воды также сокращает время сушки продукта. В случае, когда продукт сушат в сушильной печи или печи для обжига, может быть уменьшено количество топлива, необходимого для высушивания продукта, что обеспечивает снижение затрат на топливо.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С помощью настоящего изобретения осуществлены усовершенствования традиционных замедлителей схватывания и известных способов применения жидкой ДТПУ, в соответствии с которыми на бета-штукатурный гипс (также известный как обожженный бета-гипс или бета-гемигидрат сульфата кальция) распыляют раствор ДТПУ и высушивают с получением модифицированного бета-штукатурного гипса. Суспензии и продукты, полученные с применением модифицированного бета-штукатурного гипса согласно настоящему изобретению, демонстрируют улучшенные показатели прочности, плотности и потребности в воде по сравнению с суспензиями и продуктами из материалов на основе традиционного штукатурного гипса. Кроме того, время схватывания суспензии, полученной с применением модифицированного бета-штукатурного гипса в соответствии с настоящим изобретением, является более предсказуемым и более контролируемым. Неожиданно было обнаружено, что жидкая ДТПУ является подходящей заменой традиционно применяемым замедлителям схватывания, в частности замедлителям схватывания на белковой основе, таким как SUMA. Модифицированный бета-штукатурный гипс, полученный в соответствии со способом согласно настоящему изобретению, обеспечивает хорошие характеристики старения, что приводит к увеличению срока годности продукта. Неприятный запах традиционных замедлителей схватывания на белковой основе можно уменьшить или устранить за счет сокращения или исключения применения таковых. Кроме того, может быть достигнуто более равномерное схватывание суспензий, полученных с применением модифицированного бета-штукатурного гипса согласно настоящему изобретению. Еще одно преимущество, связанное с равномерным схватыванием, в частности суспензии материала для покрытия полов, заключается в снижении пыления поверхности.
Способ получения модифицированного бета-штукатурного гипса включает обжиг дигидрата сульфата кальция при атмосферном давлении с получением бета-штукатурного гипса (также известного как бета-гемигидрат сульфата кальция). Получают раствор жидкой диэтилентриаминпентауксусной кислоты («ДТПУ») в воде. Этот раствор наносят на горячий бета-штукатурный гипс по мере выхода последнего из обжиговой печи со скоростью от примерно 1,5 фунта до примерно 3,6 фунта ДТПУ на одну тонну бета-штукатурного гипса (от примерно 0,75 кг до примерно 1,81 кг ДТПУ на одну метрическую тонну бета-штукатурного гипса). Обработанный таким способом бета-штукатурный гипс смачивают, затем высушивают и восстановления (heal) с получением модифицированного бета-штукатурного гипса.
Модифицированный бета-штукатурный гипс согласно настоящему изобретению имеет несколько преимуществ, описанных выше, и он может быть применен в сочетании с традиционными ингибиторами схватывания и модификаторами реологических свойств, а также другими добавками, часто встречающимися в сухих смесях на основе штукатурного гипса, такими как пеногасители, диспергирующие агенты и другие. В случае применения для получения таких продуктов модифицированный бета-штукатурный гипс движется по конвейерам и системам бункеров по существу без необходимости решения проблем регидратации и/или образования комков. Если оборудование становится влажным, инициируются реакции гидратации, когда традиционный штукатурный гипс далее вступает в контакт с влагой. Добавление ингибитора схватывания ДТПУ обеспечивает возможность сушки штукатурного гипса без схватывания. Кроме того, при менее интенсивном образовании комков модифицированный бета-штукатурный гипс может быть быстрее упакован в упаковочный материал.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение, относящееся к способу получения модифицированного бета-штукатурного гипса, обеспечивает по меньшей мере одно из вышеуказанных и других преимуществ. Модифицированный бета-штукатурный гипс является достаточно эффективным для того, чтобы обеспечить более контролируемое и предсказуемое время схватывания альфа- и бета-гемигидратов сульфата кальция или их комбинаций, в результате чего полученный материал может быть применен в качестве нового и улучшенного материала на основе штукатурного гипса или в виде добавки для внесения перед смешиванием для сухих смесей или суспензий различных продуктов или систем.

Жидкая диэтилентриаминпентауксусная кислота (ДТПУ), такая как ДТПУ в составе ингибитора гидратации NOGO™ (United States Gypsum Company, Chicago, IL) или ДТПУ в составе VERSENEX 80 (UNIVAR, Oklahoma City, OK), как неожиданно было обнаружено, улучшает некоторые характеристики схватывающихся композиций на основе гипса. При смешивании с водой и нанесении на свежеобожженный горячий материал бета-штукатурного гипса в соответствии со способом согласно настоящему изобретению жидкая ДТПУ остается на поверхности высушенного модифицированного бета-штукатурного гипса после испарения воды. Модификация бета-штукатурного гипса посредством данного способа позволяет получить материал бета-штукатурного гипса, демонстрирующего улучшенные значения плотности во влажном и сухом состояниях, а также прочности на сжатие через 1 час и для сухой композиции по сравнению с продуктами, полученными с помощью иных традиционных способов с применением суспензий модифицированного бета-штукатурного гипса. Кроме того, водопотребность суспензии, полученной из модифицированного бета-штукатурного гипса согласно настоящему изобретению, была значительно снижена. Все эти улучшения являются неожиданными, поскольку ранее ДТПУ была известна только в качестве добавки, замедляющей схватывание при добавлении в виде жидкости в воду для приготовления суспензии. В настоящее время установлено, что при нанесении жидкой ДТПУ на бета-штукатурный гипс и его высушивании полученный модифицированный бета-штукатурный гипс может заменить традиционные материалы на основе штукатурного гипса и может отсутствовать необходимость добавления в суспензию каких-либо других замедлителей схватывания. Несмотря на то, что никакие другие замедлители не требуются, обычные замедлители схватывания могут быть необязательно добавлены к суспензии. Эти преимущества дополняют улучшенную контролируемость и предсказуемость времени схватывания, описанные выше.
Гемигидрат сульфата кальция ("штукатурный гипс") в бета-форме получают в качестве исходного вещества для способа согласно настоящему изобретению. Бета-штукатурный гипс получают путем добычи естественной гипсовой породы или дигидрата сульфата кальция (также известного как гипс или природный гипс), который далее подвергают обжигу в открытом котле или любому процессу обжига при атмосферном давлении.
3
4
Ниже будет описан типовой способ получения обожженного в котле штукатурного гипса, хотя способы обжига, отличные от обжига в котле, известны в данной области техники. Например, обжиг также осуществляют в вихревой обжиговой печи или котле косвенного подогрева. Добывают естественную гипсовую породу (дигидрат сульфата кальция), получая набор гипсовых камней размером от кусков диаметром примерно 2" до пыли. Сортированные по размеру камни обрабатывают, например, с применением вальцовой мельницы RAYMOND/мельницы Вильямса (Williams Mill) или аналогичных устройств с целью дальнейшей переработки породы в гипс. Гипс, который, как правило, достаточно измельчен, так что 90-100% способно проходить через сито 100 меш, транспортируют в стандартный котел для обжига гипса диаметром 10 футов. Гипс подвергают тепловой обработке посредством подогрева снизу, где в топке котла, как правило, поддерживают температуру примерно 2000°F (примерно 1090°C), которая обеспечивает нагрев гипса и удаление около / химически связанной воды с получением бета-гемигидрата. Штукатурный гипс, формовочный гипс, обожженный в котле штукатурный гипс и гипс для отливки представляют собой общие названия полученного материала.
Раствор жидкой диэтилентриаминпентауксусной кислоты (ДТПУ) готов к применению. Были проведены исследования в попытках найти подходящую замену известным сухим порошковым контролирующим схватывание добавкам, таким как замедлители схватывания на белковой основе. Поскольку жидкую ДТПУ ранее применяли в виде добавки в воду для приготовления суспензии, сухой порошок ДТПУ исследовали как возможный подходящий заменитель добавки на белковой основе. Однако было обнаружено, что порошковые формы ДТПУ являются неэффективными заменителями SUMA или других порошковых замедлителей схватывания. В соответствии со способом согласно настоящему изобретению жидкую ДТПУ добавляют в воду с целью получения раствора большего объема для нанесения на обожженный бета-гипс с получением суспензии. Вода выступает в роли увеличителя объема, облегчающего нанесение небольшого количества ДТПУ на большое количество бета-штукатурного гипса. Вода испаряется и предполагается, что ДТПУ может оказаться включенным непосредственно в состав гипса. Модифицированный бета-штукатурный гипс (гемигидрат или обожженный гипс) предложен в виде носителя для сухого замедлителя схватывания ДТПУ и предполагается, что модифицированный бета-штукатурный гипс объединяют с обычным материалом штукатурного гипса прежде, чем штукатурный гипс смешивают с водой и другими известными в данной области техники добавками с получением суспензии и формованного продукта из нее.
Водный раствор ДТПУ наносят на горячий бета-штукатурный гипс в момент его выхода из обжиговой печи или вскоре после этого с применением любого подходящего устройства. Под определением «горячий» авторы подразумевают, что бета-штукатурный гипс имеет температуру по меньшей мере примерно 120°F (примерно 49°C), когда раствор наносят на его поверхность. Предпочтительно, температура обожженного штукатурного гипса составляет от примерно 240°F до примерно 340°F (от примерно 115°C до примерно 171°C) во время нанесения раствора. На некоторых заводах по производству строительного гипса имеется оборудование для распыления на штукатурный гипс раствора ДТПУ с равномерным его распределением по поверхности обожженного гипса. Примером такого устройства является система постобработки штукатурного гипса («post stucco treatment)), «PST»), камера для обработки штукатурного гипса в псевдоожиженном слое («fluidized bed stucco treatment)), «FST»), которая первоначально была разработана для охлаждения штукатурного гипса по мере выхода его из обжиговой печи и, как было установлено, позволяет осуществить уникальный способ равномерного нанесения водного раствора на материал бета-штукатурного гипса. Несмотря на то, что следующая ниже информация представляет собой описание обработки штукатурного гипса в контексте системы PST или FST, она не является ограничивающей, и специалисты в данной области техники с легкостью определят другие способы обработки штукатурного гипса с применением жидкой ДТПУ.
Из котла обожженный материал гипса продвигается по трубе на следующую стадию обработки. Это называют «перетоком», и температура перетока может составлять от примерно 285 до примерно 340°F (от примерно 140 до примерно 171°C). Таким образом, указанная температура представляет собой температуру штукатурного гипса в момент его поступления в PST/FST или другое устройство для постобработки штукатурного гипса. Альтернативно, материал можно хранить в горячей зоне хранения, такой как горячая камера или бункер, до поступления на следующую стадию обработки. В соответствии со способом согласно настоящему изобретению устройство для обработки штукатурного гипса в псевдоожиженном слое («FST») необязательно модифицируют для обеспечения постобработки штукатурного гипса. Большая емкость для обработки принимает штукатурный гипс непосредственно из обжиговой печи или горячей зоны хранения, которая может быть использована. Емкость для обработки имеет цилиндрическую или любую другую форму, способствующую созданию условий для обработки штукатурного гипса, в частности, свежеобожженного или горячего штукатурного гипса. Необязательно, штукатурный гипс поступает в верхнюю часть емкости для обработки, где он перемешивается с помощью мешалки и проходит через емкость, предпочтительно, за счет движения вниз ко дну емкости для обработки. На протяжении этого пути имеется по меньшей мере одно распыляющее устройство на по меньшей мере одной стороне емкости.
Этот узел обработки содержит воздушную камеру, которая находится под давлением для создания разности давлений от примерно 2 psi (единиц фунт-силы на квадратный дюйм) до примерно 10 psi поперек псевдоожиженного слоя. Необязательно, емкость для обработки содержит псевдоожиженный слой в нижней части таким образом, что воздушная камера находится под давлением. Благодаря давлению, движение материала бета-штукатурного гипса, когда он проходит через распыляющее устройство или движется вниз мимо него, замедляется, что обеспечивает лучшую возможность для достаточной степени покрытия бета-штукатурного гипса распыляемой водной композицией. Предпочтительно, нет необходимости в перемешивании бета-штукатурного гипса по мере его продвижения через устройство для обработки. Это устройство называют устройством или камерой PST/FST. Горячий и предварительно обработанный штукатурный гипс поступает в устройство через верхнюю секцию или часть и спускается на нижнюю часть или дно. Скорость спуска уменьшают с помощью псевдоожиженного слоя, присутствующего в нижней части камеры.
В соответствии со способом согласно настоящему изобретению устройство PST/FST модифицируют для распыления комбинации воды и химического агента. Указанный химический агент, описанный и в других разделах настоящей заявки, представляет собой жидкую ДТПУ. Материал бета-штукатурного гипса (бета-гемигидрата) поступает в устройство PST/FST со скоростью, составляющей, например, от примерно 8 до примерно 11 т/ч (от примерно 7260 до примерно 9980 кг/ч), но способ не ограничивается данной скоростью потока. Температура материала, поступающего либо непосредственно в виде перетока из котла, либо из зоны хранения, составляет от примерно 285 до примерно 340°F (от примерно 140 до примерно 171°C), так же как и температура на выходе из обжиговой печи.
Как описано выше, устройство PST/FST согласно настоящему изобретению снабжено мешалкой. Необязательно, мешалка представляет собой скребковую мешалку, хотя другие формы могут быть известны и приняты во внимание. Вращаясь необязательно со скоростью примерно 10-200 об/мин, мешалка уменьшает образование каналов в глубоком псевдоожиженном слое, известных как червоточины, таким образом, что частицы продолжают отскакивать до тех пор, пока не оказываются обработанными водой или смесью воды и химического агента. Скорость вращения мешалки не имеет существенного значения, и предполагаются другие значения скорости вращения.
На выходе из устройства для обработки PST/FST температура материала составляет от примерно 180 до примерно 300°F (от примерно 82 до примерно 148°C) в зависимости от уровня воды и химического состава распыляемой смеси и температуры материала на входе. Желательно обеспечить движение выходящего материала при контролируемой температуре (от примерно 160 до примерно 300°F или от примерно 71 до примерно 148°C) до завершения восстановления смоченного бета-штукатурного гипса. Если движения смоченного бета-штукатурного гипса не происходит, возможно образование комков и/или регидратация штукатурного гипса, которые являются нежелательными.
Может быть предпочтительным измельчение обработанного бета-штукатурного гипса до частиц меньшего размера в зависимости от требуемых характеристик и/или преимуществ. Предпочтительный способ, как правило, представляет собой применение ударного измельчителя энтолейтора. Размеры измельчителя зависят от скорости прохождения материала и необходимого для измельчения количества.
Как описано выше, раствор ДТПУ согласно настоящему изобретению подходящим образом заменяет воду в устройстве PST/FST, применяемом в соответствии со способом согласно настоящему изобретению. По мере того, как материал бета-штукатурного гипса падает через устройство для обработки и/или подвергается суспендированию внутри корпуса устройства, его обрабатывают раствором воды и ингибитора гидратации на основе ДТПУ NOGO™ (United States Gypsum Company, Chicago, IL), который дозируют с помощью традиционных средств. Для примеров применяли массовый расходомер MICROMOTION, но и другие расходомеры, как ожидают, также будут работать. Необязательно, в случае применения жидкой формы ДТПУ, такой как NOGO™, осуществляют ее дозирование непосредственно в воду, а не напрямую в узел обработки вследствие малых объемов или количеств, требующихся для дозирования. Также рассматриваются альтернативные распыляющие устройства. Количества и скорости нанесения ДТПУ, применяемые в соответствии со способом согласно настоящему изобретению, представлены в таблице 1 ниже. В целом, нанесение ДТПУ проводили при скорости 0,25-0,67 фунта/мин. Это соответствует от примерно 1,5 до примерно 3,6 фунта жидкой ДТПУ на тонну бета-штукатурного гипса (от примерно 0,62 кг/метрическую тонну до примерно 1,45 кг/метрическую тонну).
Способ согласно настоящему изобретению предусматривает смачивание бета-штукатурного гипса вышеописанным раствором воды и ингибитора гидратации на основе ДТПУ NOGO™ с получением смоченного бета-штукатурного гипса. Наиболее предпочтительно распыление раствора замедлителя схватывания на обожженный бета-гемигидрат, пока последний еще остается горячим после процесса обжига. Если на бета-гемигидрат распыляют большее количество воды при температуре ниже 212°F (100°C), инициируются реакции гидратации и гемигидрат снова возвращается в форму дигидрата. Смоченный бета-штукатурный гипс образуется при скорости от примерно 1,5 фунта до примерно 3,6 фунта ДТПУ на тонну бета-штукатурного гипса (от примерно 0,62 кг до примерно 1,45 кг ДТПУ на метрическую тонну бета-штукатурного гипса).
Большой объем жидкости облегчает распыление ДТПУ на большой объем обожженного гипса. Точное отношение воды к ДТПУ не важно, так как некоторый избыток воды испаряется при контакте с горячим обожженным гипсом. Однако слишком большое количество воды, высвобождаемое из распыляющего устройства, может приводить к недопустимому образованию комков штукатурного гипса. Нежелательно, чтобы комки росли/агрегировали/слипались до размера более 38 меш. Поскольку вода способствует образованию комков, наносят не более примерно 4 галлонов (примерно 15 л) воды в минуту. Количество воды, распыляемое на бета-штукатурный гипс в процессе применения способа согласно настоящему изобретению, составляет от примерно 1 до примерно 4 галлонов/минуту (от примерно 3,78 до примерно 15 л/мин). Это соответствует массовому содержанию ДТПУ 3-10% из расчета на массу бета-штукатурного гипса, проходящего через устройство для обработки со скоростью примерно 10 тонн/ч (примерно 9072 кг/ч), которая представляет собой среднюю производительность обычной обжиговой печи непрерывного действия диаметром 10 футов (примерно 3,08 м), составляющую от примерно 9 до примерно 11 тонн/ч (от примерно 8164 до примерно 9980 кг/ч). Процентное содержание воды относительно ДТПУ из расчета на массу бета-штукатурного гипса, проходящего через устройство для обработки, не будет меняться при изменении этой массы.
Несмотря на то, что слишком большое количество воды способствует образованию комков, а образование комков нежелательно, приемлем значительный разброс количества применяемой воды, поскольку избыток воды испаряется при попадании на горячий штукатурный гипс. Важно подобрать оптимальное количество воды, чтобы достичь температуры точки росы, но ограничить образование комков материала. Штукатурный гипс с высокой температурой, выходящий из котла или другой обжиговой печи, требует распыления большего количества воды, как и штукатурный гипс с большей площадью поверхности, для достижения температуры точки росы распыляемого вещества. Распыление водного раствора ДТПУ на частицы гипса может вызвать слипание некоторых из них. Если в условиях, необходимых для достижения точки росы, образуются комки нежелательного размера, то их необязательно удаляют с помощью измельчения.
Нанесение ДТПУ на бета-гемигидрат осуществляют любым традиционным способом. Одним из примеров способа распыления раствора ДТПУ на бета-гемигидрат является перемещение бета-гемигидрата на движущейся ленте под одной или более неподвижными распылительными форсунками. Альтернативно, бета-гемигидрат может перемещаться таким же образом, но распылительные форсунки могут быть подвижными, движущимися, например, по всей ширине ленты. Другой пример способа распыления на бета-гемигидрат представляет собой перевод частиц гемигидрата потоком воздуха в псевдоожиженное состояние и их перемещение мимо одного или более распыляющих устройств. Это описано для устройства PST/FST согласно настоящему изобретению. Другие способы распределения раствора замедлителя схватывания ДТПУ по поверхности бета-гемигидрата известны специалистам в данной области техники.
После обработки бета-штукатурного гипса (бета-гемигидрата) водным раствором ДТПУ его подвергают сушке. Вода, остающаяся в контакте с бета-гемигидратом, поглощается им по мере охлаждения и вызывает превращение в дигидрат гипса. Следовательно, предпочтительно высушивание обработанного бета-штукатурного гипса в сушильной печи или печи для обжига для поддержания его при температурах выше примерно 150°F (примерно 65°C) во время сушки.
Когда обработанный (или модифицированный) бета-штукатурный гипс (или бета-гемигидрат) становится высушенным, его необязательно измельчают для достижения более однородного размера частиц, подходящего для целевого конечного применения. Как правило, этого не требуется, если гемигидрат получен из источника синтетического гипса, а не естественной породы. Синтетический гипс образует мелкие частицы, характеризующиеся узким диапазоном распределения по размерам по сравнению с гипсом, размолотым из естественной породы. Эти свойства в значительной степени сохраняются в процессе обжига. При измельчении естественной гипсовой породы получают широкий диапазон распределения частиц по размерам. Поступающий из котла путем перетока природный гипс из источников естественной породы, прежде чем он будет обработан, будет характеризоваться распределением частиц по размерам в диапазоне от примерно 2 до примерно 420 мкм.
1
2
Модифицированный бета-штукатурный гипс согласно настоящему изобретению обеспечивает улучшенный материал штукатурного гипса для сочетания с сухими добавками, такими как пеногаситель, диспергирующий агент и другие известные в данной области техники компоненты, или другими сухими смесями композиций на основе гемигидрата, такими как схватывающиеся герметики, с целью улучшения срока службы композиции. Еще одно преимущество модифицированного бета-штукатурного гипса, получаемого посредством способа согласно настоящему изобретению, состоит в том, что более широкое применение ингибитора гидратации на основе ДТПУ NOGO™ в воде для системы обработки PST/FST, как было обнаружено, уменьшает сокращение времени схватывания при механическом перемешивании по сравнению с маломощным перемешиванием вручную. Не подвергнутый обработке штукатурный гипс демонстрирует время схватывания при механическом перемешивании, составляющее примерно / от такового при перемешивании вручную. Применение исключительно воды уменьшает сокращение времени схватывания при механическом перемешивании по сравнению с перемешиванием вручную до 36%. В то время как добавление малого количества ингибитора гидратации на основе ДТПУ NOGO™, составляющего примерно 0,1 фунта/мин (примерно 45 г/мин), в воду для обработки поддерживало сокращение времени схватывания на уровне 36%, а повышение уровня ингибитора до примерно 0,25 фунта (примерно 113 г), примерно 0,5 фунта (примерно 227 г) и примерно 0,67 фунта (примерно 304 г) в минуту уменьшало эффект сокращения времени с помощью мощного перемешивания, до примерно 33%, примерно 28% и примерно 0,22%, соответственно.
Это неожиданное усовершенствование, заключающееся в уменьшении сокращения времени схватывания при механическом перемешивании с применением этой системы обработки штукатурного гипса, будет принято во внимание специалистами, знакомыми с промышленными применениями, в случае которых механическое перемешивание является нормой. Эти применения включают покрытия для полов на гипсовой основе, цементные смеси для применения в нефтяных скважинах, твердые виды гипса, применения для скульптурных работ и санитарно-технических целей, а также другие применения.
Уменьшение сокращения времени схватывания при мощном перемешивании также способствует тому, что штукатурный гипс характеризуется более длительными периодами обработки, которые позволяют предотвратить схватывание материала внутри оборудования, обеспечивают большую продолжительность заливки с меньшим количеством стадий очистки и более долгий срок службы оборудования. В системах, таких как покрытия для полов на гипсовой основе, в которых сегнетову соль используют в качестве предпочтительного ингибитора схватывания с целью обеспечения равномерного схватывания пола и устойчивости к сокращению времени схватывания при механическом перемешивании или влиянии ускоряющих схватывание песков, применение системы обработки согласно настоящему изобретению было бы целесообразным с точки зрения уменьшения сокращения времени схватывания без негативного эффекта понижения прочности вследствие присутствия солей.
Кроме того, полагают, что увеличение количества ингибитора схватывания в воде для обработки приведет к менее интенсивному образованию комков обработанного штукатурного гипса в системе и бункерах в процессе транспортировки и высушивания гипса. Полагают, что это улучшит однородность полученного материала при его применении.
Приведенные ниже примеры демонстрируют аспекты системы для обработки штукатурного гипса согласно настоящему изобретению.
Для представленных в таблице 1 образцов скорость перетока из котла была постоянной и составляла примерно 10 тонн в час, а температура перетока составляла примерно 315°F. На выходе из устройства для PST/FST температуры обработанного штукатурного гипса составляли 198-210°F (92-99°C).
В то время как обработка штукатурного гипса в устройствах для PST/FST только водой, согласно ожиданиям, должна была уменьшить водопотребность, что определяли по нормальной густоте штукатурного гипса, было неожиданно, что добавление жидкой ДТПУ в составе NOGO™ в различных количествах в воду для обработки будет приводить к дальнейшему снижению водопотребности, так как ДТПУ в составе NOGO™ традиционно применяют в качестве ингибитора/замедлителя схватывания в гипсовых суспензиях. Неожиданно, применение ингибитора гидратации (на основе ДТПУ) NOGO™ в способе обработки штукатурного гипса согласно настоящему изобретению приводило к уменьшению водопотребности (значения густоты, показанные в таблице 1) по существу в пределах полезного диапазона от примерно 0,1 до 0,67 фунтов в минуту (от примерно 0,75 до примерно 5,1 грамма/секунду).
Неожиданные низкие значения водопотребности, полученные в результате применения обработки штукатурного гипса согласно настоящему изобретению, позволят заменить более дорогостоящий альфа-гемигидрат бета-гемигидратом. Кроме того, известные составы схватывающихся гипсовых суспензий могут быть улучшены за счет уменьшения количества требующегося поликарбоксилатного диспергирующего агента. Эти диспергирующие агенты являются дорогостоящими, и по мере того, как уровень поликарбоксилата увеличивается выше некоторой концентрации, прочность конечного продукта имеет склонность уменьшаться. Этого можно избежать путем применения в качестве основного материала для схватывающихся суспензий штукатурного гипса, полученного в соответствии с помощью способа и системы обработки согласно настоящему изобретению.
Еще одно преимущество системы для обработки штукатурного гипса согласно настоящему изобретению заключается в том, что время схватывания полученной суспензии является более контролируемым и предсказуемым по сравнению с результатами, достигнутыми при добавлении традиционных замедлителей схватывания в воду для получения суспензии, а не непосредственно на поверхность штукатурного гипса в процессе последующей обработки штукатурного гипса.
Что касается плотностей и прочности на сжатие, было неожиданно обнаружено, что увеличение доз ингибитора гидратации на основе ДТПУ NOGO™ в воде для обработки PST/FST уменьшало поверхностное натяжение суспензии таким образом, что значения плотности суспензии (во влажном и сухом состояниях) были больше для каждой более высокой дозы. Также, значения прочности на сжатие через 1 час и в сухом состоянии неожиданно оказались выше для каждой более высокой скорости дозирования, вплоть до скорости, составляющей примерно 0,5 фунта/мин (примерно 3,8 г/с). На уровне примерно 0,67 фунта/мин (примерно 5,1 г/с) было обнаружено падение прочности на сжатие, указывающее на то, что скорость 0,5 фунта/мин (3,8 г/с) близка к оптимальной. Уровень примерно 0,67 фунта/мин (примерно 5,1 г/с) все же продолжал соответствовать более высоким значениям прочности на сжатие по сравнению с уровнями ниже, чем примерно 0,5 фунта/мин (примерно 3,8 г/с). Полагают, что это является результатом уменьшения поверхностного натяжения, которое было оценено по увеличившимся значениям плотности в сухом и влажном состояниях, а также нашло отражение в более высоких значениях прочности на сжатие как во временной точке 1 час, так и после высыхания образцов до постоянной массы в сушильной печи с принудительной подачей воздуха при температуре 110°F (43°C).
Штукатурный гипс обрабатывали в соответствии со способом согласно настоящему изобретению и подготавливали для исследований для оценки качества старения продукта. Источником гипса для обжига в котле являлась природная крупнокусковая порода от United States Gypsum Company, добытая из местного источника в Southard, Oklahoma. Скорость перетока из обжиговой печи составляла примерно 10 тонн в час при температуре перетока 315°F (157°C). Штукатурный гипс обрабатывали с помощью устройств для PST/FST с применением воды и ингибитора гидратации на основе ДТПУ NOGO™ в различных указанных разведениях. Приведенная таблица иллюстрирует, что способ согласно настоящему изобретению обеспечивает исключительно стабильный материал штукатурного гипса, подходящий в качестве носителя для переноса замедлителя схватывания в гипсовую суспензию. Как показано, густота (водопотребность) и определенное по способу Вика время схватывания остаются стабильными в течение 43 недель. В то время как некоторые отклонения встречались при измерении густоты в дисперсном состоянии, улучшенная устойчивость к рассыпанию при мощных воздействиях сохранялась.
Для примеров, представленных в таблице 2, был выделен поддон с мешками с обработанным штукатурным гипсом. При упаковке мешков не применяли никаких добавок. Новый мешок вскрывали для исследования в перечисленные интервалы времени. Каждый раз образцы извлекали из средней части мешка для немедленного проведения анализа.
Несмотря на то, что были показаны и описаны конкретные варианты реализации способа получения модифицированного бета-штукатурного гипса согласно настоящему изобретению, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть сделаны изменения и модификации способа без выхода за рамки настоящего изобретения в его более широких аспектах и как указано в нижеследующей формуле изобретения.