ГИПСОВЫЕ СУСПЕНЗИИ С ДИСПЕРГИРУЮЩИМИ АГЕНТАМИ НА ОСНОВЕ ЛИНЕЙНЫХ ПОЛИКАРБОКСИЛАТОВ
GYPSUM SUSPENSIONS WITH DISPERSANTS BASED ON LINEAR POLYCARBOXYLATES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[001] Настоящее изобретение относится к способу и композиции для получения продуктов, содержащих затвердевший гипс, например, гипсовых плит, усиленных гипсовых комбинированных плит, штукатурки, материалов для машинной обработки, материалов для обработки швов и звукоизоляционной плитки, а также к способам и композициям для их получения. Более конкретно, настоящее изобретение относится к таким продуктам, содержащим затвердевший гипс, которые получены с применением одного или более линейных поликарбоксилатов в качестве диспергирующих агентов. Данное изобретение подходит также для улучшения диспергирования алебастровых растворов с высоким содержанием глины.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Многие общеизвестные и ценные продукты содержат затвердевший гипс (дигидрат сульфата кальция) в качестве существенного, и зачастую в качестве основного компонента. Например, затвердевший гипс является основным компонентом оклеенных бумагой гипсовых плит, используемых при стандартном возведении гипсокартонных внутренних стен и потолочной обшивки зданий (см., например, патенты США №4009062 и 2985219). Он также является основным компонентом комбинированных плит и изделий на основе гипса/целлюлозного волокна, как описано в патенте США №5320677. Продукты, которыми заполняют и выравнивают швы между краями гипсовых плит, зачастую содержат существенное количество гипса (см., например, патент США №3297601). Звукоизоляционные плитки, используемые для подвесных потолков, могут иметь значительное процентное содержание затвердевшего гипса, как описано, например, в патентах США №5395438 и 3246063. В большинстве случаев традиционные штукатурки, например, для применения при получении оштукатуренных стен внутри помещений, обычно зависят, главным образом, от образования затвердевшего гипса. Многие специальные материалы, такие как материалы, подходящие для моделирования и создания форм, которые можно точно обрабатывать на механических станках, как описано в патенте США №5534059, содержат существенные количества гипса.
[003] Большинство таких гипсосодержащих продуктов получают посредством получения смеси обожженного гипса (полугидрата сульфата кальция и/или ангидрита сульфата кальция) и воды (и при необходимости других компонентов), отливки полученной смеси в форму требуемой геометрии или на поверхность и обеспечения затвердевания смеси с получением затвердевшего (т.е. регидратированного) гипса в результате реакции обожженного гипса с водой с образованием матрицы из кристаллического гидратированного гипса (дигидрата сульфата кальция). После этого зачастую осуществляют небольшое нагревание для удаления оставшейся свободной (непрореагировавшей) воды с получением сухого продукта. Желательно осуществлять такую гидратацию обожженного гипса, которая обеспечивает возможность образования взаимосвязанной матрицы кристаллов затвердевшего гипса, что в результате обеспечивает прочность гипсовой структуры в гипсосодержащем продукте.
[004] Для всех гипсосодержащих продуктов, описанных выше, увеличение прочности образующей их кристаллической структуры из затвердевшего гипса может иметь преимущество для повышения их устойчивости к стрессовым нагрузкам, которые могут воздействовать на них при использовании.
[005] При получении стеновых плит, для формирования среднего слоя используют суспензию, содержащую полугидрат сульфата гипса и воду, и непрерывным образом наносят ее на бумажный обшивочный лист, движущийся под смесителем. Поверх наносят второй бумажный обшивочный лист и формуют полученный пакет слоев в форме панели. Полугидрат сульфата кальция взаимодействует с достаточным количеством воды для превращения полугидрата в матрицу взаимосвязанных кристаллов дигидрата сульфата кальция, что приводит к его затвердеванию и упрочнению. Полученную таким образом непрерывную полосу транспортируют по ленте до затвердевания обожженного гипса, и затем указанную полосу нарезают с получением плит требуемой длины, и транспортируют полученные плиты через сушильную печь для удаления избытка влаги. Поскольку каждая из указанных стадий занимает лишь несколько минут, небольшие изменения на любой технологической стадии могут приводить к общей неэффективности производственного процесса.
[006] Количество воды, добавляемой для получения суспензии, является избыточным относительно того количества, которое необходимо для завершения реакции гидратации. Часть воды, добавляемой в гипсовую суспензию, расходуется для гидратации обожженного гипса, также известного как полугидрат сульфата кальция, с образованием взаимосвязанной матрицы из кристаллов дигидрата сульфата кальция. Избыток воды обеспечивает достаточную текучесть суспензии для ее вытекания из смесителя и на облицовочный материал, чтобы суспензию можно было формовать до требуемой ширины и толщины. Пока продукт влажный, он является относительно хрупким, и его очень трудно перемещать. Избыток воды удаляют из плиты посредством выпаривания. Если осуществлять испарение избытка воды при комнатной температуре, потребуется много места для складирования и хранения стеновых плит, пока они не высохнут на воздухе, или необходимо иметь достаточно длинный конвейер для обеспечения надлежащего времени сушки. Пока плита не затвердела и не стала относительно сухой, она является относительно хрупкой, поэтому ее необходимо защищать от разломов или повреждений.
[007] Для высушивания плит за относительно короткий промежуток времени, стеновые плиты обычно сушат посредством выпаривания избытка воды при повышенных температурах, например, в сушильной камере или печи. Строительство и эксплуатация печи при повышенных температурах являются относительно затратными, особенно при росте цен на ископаемое топливо. Снижение производственных затрат может быть достигнуто посредством уменьшения количества избытка воды, содержащейся в затвердевших гипсовых плитах, которую впоследствии удаляют выпариванием.
[008] Другая причина для уменьшения содержания воды заключается в том, что прочность гипсовых продуктов обратно пропорциональна количеству воды, используемой при их производстве, особенно в суспензиях максимальной плотности. При испарении избытка воды в матрице остаются пустоты, ранее занимаемые водой. При использовании большого количества воды для разжижения гипсовой суспензии, после полного высушивания в продукте остаются пустоты большего размера и в большем количестве. Указанные пустоты обусловливают уменьшение плотности и прочности готового продукта.
[009] Известно применение диспергирующих агентов для гипса, которые способствуют разжижению смеси воды и полугидрата сульфата кальция, что в результате приводит к уменьшению количества воды, необходимой для получения текучей суспензии.
[0010] В настоящее время существует два основных промышленных варианта диспергирующих агентов для гипсовых суспензий. 1) Полинафталинсульфонатные диспергирующие агенты и 2) разветвленные поликарбоксилаты.
[0011] Полинафталинсульфонатные диспергирующие агенты хорошо известны и являются относительно более дешевыми, но имеют ограниченную эффективность. Полинафталинсульфонат имеет хорошую совместимость с крахмалом, пенообразующими агентами и глинами. Процесс получения полинафталинсульфонатов включает следующие реакционные стадии: сульфирование нафталина серной кислотой с получением b-нафталинсульфоновой кислоты, конденсация b-нафталинсульфоновой кислоты с формальдегидом с образованием полиметилен-нафталинсульфоновой кислоты, и нейтрализация полиметилен-нафталинсульфоновой кислоты гидроксидом натрия или другим гидроксидом. В зависимости от условий реакции получают продукты с различными характеристиками.
[0012] В патенте США 4460720, выданном Gaidis et al., описана смесь цементных суперпластификаторов для композиций на основе портландцемента, которую получают из низкомолекулярного полиакрилата щелочного металла в комбинации с формальдегид-полинафталинсульфонатом щелочного металла или щелочноземельного металла, или лигносульфонатом щелочного металла, или лигносульфонатом щелочноземельного металла, или их смесями.
[0013] В патенте США 5718759 описано добавление силикатов к смесям бета-кальцинированного гипса и цемента. В приведенных примерах в качестве агентов для уменьшения содержания воды используют лигносульфаты или полинафталинсульфонаты. Считается, что добавление пуццолановых материалов, включая силикаты, обеспечивает уменьшение степени расширения благодаря образованию эттрингита. Указанная композиция предложена для применения в строительных материалах, таких как подкладочная обшивка, подстилающий слой для полов, материалы для ремонта дорог, противопожарные материалы и фибролит.
[0014] Разветвленные поликарбоксилаты являются более дорогими и более эффективными диспергирующими агентами. Однако они менее эффективны для алебастров, содержащих глину. Кроме того, разветвленные поликарбоксилаты могут снижать прочность плиты и являются поверхностно-активными, и поэтому могут взаимодействовать с пенообразующим агентом. Кроме того, вследствие наличия боковых цепей в разветвленных поликарбоксилатах, их нельзя смешивать с полинафталинсульфонатом. В патенте США 7767019, выданном Liu et al., описаны варианты реализации разветвленных поликарбоксилатов.
[0015] Таким образом, существует постоянная потребность в новых и улучшенных продуктах, содержащих затвердевший гипс, а также в композициях и способах их получения, которые обеспечивают возможность решения, предотвращения или минимизации проблем, указанных выше. В данной области техники существует необходимость в уменьшении количества диспергирующих агентов, используемых в гипсовой суспензии, при сохранении текучести суспензии. Уменьшение расхода диспергирующего агента обеспечит экономию денежных средств на диспергирующий агент.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] В качестве альтернативы вышеупомянутым продуктам, содержащим гипс и супердиспергирующие агенты на основе разветвленных поликарбоксилатов, в настоящем изобретении предложены продукты и композиции, содержащие гипс и диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата. Указанные диспергирующие агенты эффективны для диспергирования гипсовых суспензий. В отличие от промышленных супердиспергирующих агентов на основе разветвленных поликарбоксилатов, линейные поликарбоксилаты позволяют избежать проблем, связанных с наличием боковых цепей в разветвленных поликарбоксилатах, и они больше похожи на полинафталинсульфонаты.
[0017] Так, в настоящем изобретении предложена гипсовая суспензия и способ ее получения. Указанная гипсовая суспензия содержит или состоит по существу из:
смеси
воды;
гидравлического компонента, содержащего по меньшей мере 50% полугидрата сульфата кальция по массе относительно сухой массы гидравлического компонента; и
анионного диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата, состоящего по существу из первого мономерного повторяющегося звена А и второго мономерного повторяющегося звена В и не содержащего поливинилацетатные мономерные звенья;
где первое повторяющееся звено А представляет собой по меньшей мере один олефиновый фрагмент, содержащий функциональную группу карбоновой кислоты, формулы I:
3
2
4
+
где R выбран из группы, состоящей из -СН и -СН-С(O)-ОН, или его соль с Na, K или NH; и
где второе мономерное повторяющееся звено В представляет собой по меньшей мере один винилсульфонат формулы II:
1
2
+
3
n
2n
4
где X представляет собой NH или О; R представляет собой Н или -СН; R представляет собой линейную или разветвленную алкиленовую группу, имеющую формулу -(CH)-, где n равен от 2 до 6; М=Н, Na, K или NH;
где молярное отношение первого повторяющегося звена А ко второму повторяющемуся звену В составляет от 1:9 до 9:1;
где сред невесовая молекулярная масса (MWw) анионного диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата составляет от 3000 до 100000 Дальтон;
причем указанная суспензия имеет массовое отношение воды к полугидрату сульфата кальция 0,1-1,5:1, предпочтительно 0,2-0,8:1, более предпочтительно 0,4-0,8:1.
[0018] В настоящей заявке термин «состоит по существу из» исключает вторые повторяющиеся звенья Формулы I, описанные в опубликованной заявке на патент США №2006/0278130, Liu et al., которые содержат боковые цепи, содержащие этиленоксид, пропиленоксид и незамещенную или замещенную арильную группу. Термин «состоит по существу из» также исключает поливинилацетатные мономерные звенья.
[0019] Сред невесовая молекулярная масса (MWw) составляет от 3000 до 100000 Дальтон, предпочтительно 5000-60000 Дальтон, наиболее предпочтительно 5000-35000 Дальтон.
[0020] Молярное отношение первого повторяющегося звена А ко второму повторяющемуся звену В составляет от 1:9 до 9:1. Если первое повторяющееся звено А представляет собой повторяющееся звено метакриловой кислоты (МАА), то молярное отношение первого повторяющегося звена А ко второму повторяющемуся звену В составляет от 1:4 до 4:1, предпочтительно от 2:3 до 7:3. Если первое повторяющееся звено А представляет собой повторяющееся звено итаконовой кислоты, то молярное отношение первого повторяющегося звена А ко второму повторяющемуся звену В составляет от 1:9 до 1:1, предпочтительно от 1:8 до 1:2.
[0021] Адсорбция молекул линейного поликарбоксилатного полимера согласно настоящему изобретению является более сильной, чем адсорбция полинафталинсульфонатов, и поверхность диспергирующего агента является более заряженной. Таким образом, силы отталкивания обеспечивают возможность снижения содержания воды в большей степени, чем полинафталинсульфонаты. Кроме того, указанные полимеры можно комбинировать с полинафталинсульфонатами и использовать для более проблематичных и гетерогенных алебастров. Линейные поликарбоксилаты являются более эффективными диспергирующими агентами, чем полинафталинсульфонаты, и имеют очень низкую способность к захвату воздуха. Таким образом, они лучше подходят для применений, чувствительных к ценообразованию. Благодаря отсутствию боковых цепей вторых повторяющихся звеньев Формулы I, описанных в опубликованной заявке на патент США №2006/0278130, Liu et al., указанные линейные поликарбоксилаты, добавляемые в качестве диспергирующих агентов в гипсовую суспензию, не взаимодействуют с пенообразователями, добавляемыми в суспензию.
[0022] Диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата также могут улучшать дисперсии гидравлического компонента, если гидравлический компонент представляет собой алебастровый раствор с высоким содержанием глины. Алебастровые растворы с высоким содержанием глины представляют собой растворы, содержащие полугидрат сульфата кальция и глину, причем полугидрат сульфата кальция составляет по меньшей мере 80% масс. алебастра, и глина составляет от 0,01 до 20% масс. алебастра, в частности, от 0,1 до 20% масс. алебастра или, более конкретно, от 0,5 до 15% масс. алебастра.
[0023] Диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата можно использовать с полинафталинсульфонатными диспергирующими агентами. Нафталинсульфонатные мономерные звенья представляют собой нафталинсульфонат с формальдегидом формулы VI, соответственно.
[0024] В данном контексте термин «материал на основе сульфата кальция» означает ангидрит сульфата кальция; полугидрат сульфата кальция; дигидрат сульфата кальция; ионы кальция и сульфата; или смеси любых или всех из них. Предпочтительно, материал на основе сульфата кальция, который добавляют для получения суспензии, представляет собой, в основном, полугидрат сульфата кальция.
[0025] Предложенный способ получения суспензии включает
смешивание воды, гидравлического компонента, содержащего дигидрат сульфата кальция и вышеописанный анионный диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата, с получением суспензии, причем массовое отношение воды к полугидрату сульфата кальция в смеси составляет 0,2-1,5:1, предпочтительно 0,2-0,8:1, более предпочтительно 0,4-0,7:1;
причем анионный диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата содержит вышеописанное первое мономерное повторяющееся звено А и вышеописанное второе мономерное повторяющееся звено В и не содержит поливинилацетатные мономерные звенья.
[0026] В настоящем изобретении также предложен продукт из затвердевшего гипса, предпочтительно гипсовая плита, содержащая:
гипсовый средний слой, содержащий дигидрат сульфата кальция и вышеописанный анионный диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата, который содержит вышеописанное первое мономерное повторяющееся звено А и вышеописанное второе мономерное повторяющееся звено В и не содержит поливинилацетатные мономерные звенья.
[0027] Продукт, содержащий затвердевший гипс, согласно настоящему изобретению получают в соответствии с настоящим изобретением посредством получения смеси материала на основе сульфата кальция, воды и соответствующего количества вышеперечисленного одного или более диспергирующих агентов на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению. Затем смесь выдерживают в условиях, достаточных для того, чтобы материал на основе сульфата кальция обеспечил образование улучшенного материала из затвердевшего гипса.
[0028] Предпочтительно, способ получения продукта, содержащего затвердевший гипс, такого как плита, включает получение смеси обожженного гипса, воды и диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата и выдерживание смеси в условиях (например, при температуре, которая предпочтительно составляет менее чем примерно 120°F (49°С)), достаточных для превращения обожженного гипса в затвердевший гипс.
[0029] Предпочтительно, из указанной суспензии изготавливают гипсовую панель, которая содержит гипсовый средний слой, содержащий диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата и гидравлический компонент, содержащий по меньшей мере 50% полугидрата сульфата кальция по массе относительно сухой массы гидравлического компонента.
[0030] Способ согласно настоящему изобретению может обеспечивать получение гипсовой плиты, содержащей средний слой из затвердевшего гипса, расположенный между обшивочными листами из бумаги или другого материала. Предпочтительно, указанную плиту изготавливают посредством получения текучей смеси (суспензии) из обожженного гипса, воды и диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата, нанесения смеси между обшивочными листами и обеспечения затвердевания и высыхания полученного пакета слоев. Суспензию наносят на первый обшивочный лист, затем на схватывающуюся суспензию наносят второй обшивочный лист.
[0031] В частности, способ получения гипсовой плиты включает:
смешивание воды, гидравлического компонента, содержащего дигидрат сульфата кальция и линейный поликарбоксилат, с получением суспензии, причем массовое отношение воды к полугидрату сульфата кальция в смеси составляет 0,2-1,5:1, предпочтительно 0,2-0,8:1, более предпочтительно 0,4-0,7:1;
нанесение суспензии на обшивочный лист с получением гипсового среднего слоя;
причем суспензия содержит от 5 до 70 объемных процентов пузырьков воздуха;
обеспечение превращения полугидрата сульфата кальция в суспензии в дигидрат сульфата кальция, и обеспечение затвердевания суспензии с получением плиты.
[0032] Все проценты и отношения выражены по массе, если не указано иное. Все молекулярные массы представляют собой средневесовые молекулярные массы, если не указано иное.
ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0033] На фиг. 1 представлена плита согласно настоящему изобретению.
[0034] На фиг. 2 представлены данные гидратации для Примера 4, экспериментальная серия 4-1.
[0035] На фиг. 3 представлены данные гидратации для Примера 4, экспериментальная серия 4-2.
[0036] На фиг. 4 представлены данные гидратации для Примера 4, экспериментальная серия 4-3.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0037] В настоящем изобретении предложена гипсовая суспензия, состоящая из полугидрата сульфата кальция, воды и анионного диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению.
[0038] Настоящее изобретение можно осуществлять на практике с использованием композиций и способов, подобных тем, которые используют в известном уровне техники для получения различных продуктов, содержащих затвердевший гипс. Существенное отличие композиций и способов согласно настоящему изобретению от композиций и способов, используемых в известном уровне техники для получения различных продуктов, содержащих затвердевший гипс, заключается в том, что в них в качестве диспергирующего агента используют анионный диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата.
[0039] Гидравлический материал содержит любой полугидрат сульфата кальция, также известный как алебастр или обожженный гипс, предпочтительно в количестве по меньшей мере 50%. Предпочтительно, количество полугидрата сульфата кальция составляет по меньшей мере 75%, по меньшей мере 80% или по меньшей мере 85%. Во многих рецептурах стеновых плит гидравлический материал по существу полностью представляет собой полугидрат сульфата кальция. Можно использовать любую форму обожженного гипса, включая, но не ограничиваясь этим, альфа- или бета-алебастр. Также предусмотрено использование ангидрита сульфата кальция, синтетического гипса или природного гипса, хотя предпочтительно в небольших количествах, менее 20%. В суспензию также необязательно добавляют другие гидравлические материалы, включая цемент и золу-унос.
[0040] Несмотря на то, что настоящее изобретение имеет преимущество для любого алебастра, алебастр из разных источников содержит различные количества и типы солей и примесей. Суспензия согласно настоящему изобретению менее эффективна, если полугидрат сульфата кальция имеет относительно высокие концентрации природных солей. Алебастр с низким содержанием солей определяют как алебастр, содержащий растворимые соли в количестве менее 300 частей на миллион. Алебастры с высоким содержанием солей включают алебастры, содержащие по меньшей мере 600 частей растворимых солей на миллион частей. Указанному предпочтительному параметру соответствуют гипсовые месторождения в Southard, штат Оклахома, Little Narrows, Новая Шотландия, Fort Dodge, штат Айова, Sweetwater, штат Техас, Plaster City, штат Калифорния, и многие другие месторождения.
[0041] Предпочтительно, полугидрат сульфата кальция содержит менее 600 частей на млн (ppm) растворимых солей.
[0042] Анионный диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата присутствует в указанной суспензии в количестве от примерно 0,01% до примерно 2% по массе сухого диспергирующего агента, в пересчете на процентное содержание сухого гипса. Предпочтительно, анионный диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата присутствует в количестве от примерно 0,05% до примерно 0,5% по массе сухого диспергирующего агента, в пересчете на процентное содержание сухого гипса.
[0043] Гипсовая суспензия имеет массовое отношение воды к полугидрату сульфата кальция 0,1-1,5:1, предпочтительно 0,2-0,8:1, более предпочтительно 0,4-0,8:1.
[0044] Как правило, в гипсовую суспензию вводят воздух. Предпочтительно, гипсовая суспензия содержит от 5 до 70 объемных процентов воздуха, более предпочтительно от 10 до 70 объемных процентов воздуха, наиболее предпочтительно от 20 до 60 объемных процентов воздуха.
[0045] Анионный диспергирующий агент на основе линейного карбоксилата
[0046] Анионный диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата состоит по существу из первого мономерного повторяющегося звена А и второго мономерного повторяющегося звена В и не содержит поливинилацетатные мономерные звенья.
[0047] В описании настоящего изобретения термин «состоит по существу из» исключает повторяющиеся звенья, содержащие боковые апкиленокси-цепи. Например, он исключает вторые повторяющиеся звенья Формулы 1, описанные в опубликованной заявке на патент США №2006/0278130, Liu et al., которые содержат боковые цепи, содержащие этиленоксид, пропиленоксид и незамещенную или замещенную арильную группу. Термин «состоит по существу из» также исключает пол и вин ил ацетатные мономерные звенья.
[0048] Первое повторяющееся звено А представляет собой по меньшей мере один олефиновый фрагмент, содержащий функциональную группу карбоновой кислоты, формулы I:
3
2
4
+
где R выбран из группы, состоящей из -СН и -СН-С(O)-ОН, или его соль с Na, K или NH. Его получают из мономера, имеющего формулу Ia,
3
2
4
+
где R выбран из группы, состоящей из -СН и -СН-С(O)-ОН, или его соли с Na, K или NH. Другими словами, мономеры для получения первого повторяющегося звена А представляют собой метакриловую кислоту (МАА) формулы Ia или итаконовую кислоту (IA) формулы Ib,
4
+
или их Na, K или NH соли.
[0049] Второе повторяющееся звено В анионного диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению представляет собой по меньшей мере одно винилсульфонатное мономерное звено. Винилсульфонатное мономерное звено содержит виниловую группу, связанную с сульфонатом, в соответствии с формулой II:
1
2
+
3
n
2n
4
где Х представляет собой NH или О; R представляет собой Н или -СН; R представляет собой линейную или разветвленную алкиленовую группу, имеющую формулу -(CH)-, где n равен от 2 до 6; М представляет собой Н, Na, K или NH. Его получают из сульфонат-содержащего мономера формулы IIa:
1
2
+
3
n
2n
4
где Х представляет собой NH или О; R представляет собой Н или -СН, R представляет собой линейную или разветвленную алкиленовую группу, имеющую формулу -(CH)-, где n равен от 2 до 6; М представляет собой Н, Na, K или NH.
[0050] Молярное отношение первого повторяющегося звена А ко второму повторяющемуся звену В составляет от 1:9 до 9:1.
4
4
+
+
[0051] Предпочтительные мономеры для получения второго повторяющегося звена В представляют собой 3-(акрилоилокси)пропансульфоновую кислоту или одну из ее солей с Na, K или NH, или 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновую кислоту или одну из ее солей с Na, K или NH.
[0052] 3-(Акрилоилокси)пропансульфоновая кислота имеет структуру III
[0053] Двойная связь вступает в реакцию, в результате чего указанное соединение превращается во второе повторяющееся звено В структуры IIIa:
[0054] 2-Акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновая кислота имеет структуру IV
[0055] Двойная связь вступает в реакцию, в результате чего указанное соединение превращается во второе повторяющееся звено В структуры IVa:
[0056] Если первое повторяющееся звено А имеет формулу I:
3
где R представляет собой -СН,
то молярное отношение первого повторяющегося звена А ко второму повторяющемуся звену В предпочтительно составляет от 1:4 до 4:1, наиболее предпочтительно молярное отношение первого повторяющегося звена А ко второму повторяющемуся звену В составляет от 2:3 до 7:3. Другими словами, первое повторяющееся звено А предпочтительно составляет от 20 до 80% мол, и второе повторяющееся звено В составляет от 20 до 80% мол, наиболее предпочтительно первое повторяющееся звено А составляет от 40 до 70% мол., и второе повторяющееся звено В составляет от 30 до 60% мол.
[0057] Если первое повторяющееся звено А имеет формулу Ia:
молярное отношение первого повторяющегося звена А ко второму повторяющемуся звену В предпочтительно составляет от 1:9 до 1:1, наиболее предпочтительно от 1:8 до 1:2. Другими словами, первое повторяющееся звено А предпочтительно составляет от 10 до 50% мол., и второе повторяющееся звено В составляет от 50 до 90%, наиболее предпочтительно, первое повторяющееся звено А составляет от 12 до 33%, и второе повторяющееся звено В составляет от 67 до 88% мол.
[0058] Средневесовая молекулярная масса (MWw) анионного диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению составляет от 3000 до 100000 Дальтон, предпочтительно от 5000 до 60000 Дальтон, наиболее предпочтительно от 5000 до 35000 Дальтон.
4
+
[0059] Предпочтительные анионные диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата выбраны из по меньшей мере одного члена группы, состоящей из сополимеров МАА с 3-(акрилоилокси)пропансульфоновой кислотой, сополимеров МАА с 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфонатом натрия, сополимеров итаконовой кислоты с 3-(акрилоилокси)пропансульфоновой кислотой, сополимеров итаконовой кислоты с 2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфонатом натрия, или солей любых указанных сополимеров с Na, K или NH.
[0060] Например, предпочтительный анионный диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата представляет собой сополимер (метакриловая кислота)-со-(2-акриламидо-2-метилпропансульфонат), который представляет собой сополимер метакриловой кислоты формулы V
2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты формулы VI
[0061] Предпочтительно, анионные диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата, используемые в настоящем изобретении, представляют собой полимеры, синтезированные радикальной полимеризацией, связывающей карбоновую кислоту, выбранную из группы, состоящей из метакриловой кислоты (МАА) и итаконовой кислоты (IA), и сульфонат-содержащие мономеры формулы На
[0062] Предпочтительно, анионные диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата синтезируют радикальной полимеризацией в водной среде, используя радикальный инициатор (неорганический пероксид) и стандартный агент переноса цепи (меркаптан). Обычно получают полидисперсность более 2,0, и концевые группы полимера теоретически представляют собой смесь не активированных частиц инициатора, агента переноса цепи и мономерных звеньев. Альтернативно, можно использовать другие способы радикальной полимеризации.
[0063] Анионные диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению не содержат поливинилацетатные мономерные группы. Например, линейные поликарбоксилаты согласно настоящему изобретению не содержат мономерную группу структуры VII:
3
где R представляет собой алкил, фенил или алкилфенил.
[0064] Кроме того, анионные диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению не содержат мономерные повторяющиеся звенья, содержащие боковые алкиленокси-цепи, например, полипропиленоксидные или полиэтмленоксидные боковые цепи. Например, анионные диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению не содержат вторые повторяющиеся звенья Формулы I, описанные в опубликованной заявке на патент США №2006/0278130, Li u et al., которые содержат боковые цепи, содержащие этиленоксид, пропиленоксид и незамещенную или замещенную арильную группу. Они представляют собой повторяющиеся звенья простого алкенил-полиэфиргликоля в соответствии с формулой VII.
1
R представляет собой блоковую алкиленокси-цепь, представленную формулой VIII
2
3
4
1
5
1
20
5
8
6
14
и где R представляет собой водород или алифатическую C - C углеводородную группу, R представляет собой незамещенную или замещенную арильную группу и предпочтительно фенил, и R представляет собой водород или алифатическую C - С углеводородную группу, циклоалифатическую C - C углеводородную группу, замещенную С - C арильную группу или группу, соответствующую формуле IX:
5
7
6
где R и R, независимо друг от друга, представляют собой алкильную, арильную, аралкильную или алкиларильную группу, и R представляет собой двухвалентную алкильную, арильную, аралкильную или алкарильную группу, р равен от 0 до 3 включительно, тип независимо представляют собой целые числа от 2 до 4 включительно; х и у независимо представляют собой целые числа от 55 до 350 включительно, и z равен от 0 до 200 включительно.
[0065] Кроме того, анионные диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению, предпочтительно, не содержат следующую мономерную группу структуры X:
3
2
3
3
2
3
3
n
m
где R представляет собой NH, NH(СН), N(СН), -O-СН-СН(ОН)-СН, (EO), (PO), где n равен 1 или более, n равен 1 или более.
[0066] Кроме того, анионные диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению, предпочтительно, не содержат в своем скелете мономерное звено поливинилового спирта.
[0067] Усиливающие материалы, выбранные из конденсированных фосфорных кислот
[0068] Предпочтительно, предложенные композиции также содержат усиливающие материалы, выбранные из конденсированных фосфорных кислот, каждая из которых содержит 2 или более звеньев фосфорной кислоты; и солей или ионов конденсированных фосфатов, каждый из которых содержит 2 или более фосфатных звеньев. Усиливающие материалы предпочтительно выбраны из группы, состоящей из: фосфорных кислот, каждая из которых содержит 1 или более звеньев фосфорной кислоты; солей или ионов конденсированных фосфатов, каждый из которых содержит 2 или более фосфатных звеньев; и одноосновных солей или одновалентных ионов ортофосфатов. Усиливающие материалы обеспечивают повышенную стойкость сформованного затвердевшего гипса к перманентной деформации. Кроме того, некоторые усиливающие материалы (например, следующие соли или их анионные фрагменты: триметафосфат натрия (также упоминаемый в данном контексте как STMP), гексаметафосфат натрия, содержащий 6-27 повторяющихся фосфатных звеньев (также упоминаемый в данном контексте как SHMP), и полифосфат аммония, содержащий 1000-3000 повторяющихся фосфатных звеньев (также упоминаемый в данном контексте как АРР)) обеспечивают предпочтительное преимущество, например, более эффективное повышение устойчивости к провисанию. Кроме того, АРР обеспечивает такую же устойчивость к провисанию, как STMP, даже при его добавлении в концентрации в четыре раза ниже STMP.
[0069] Как правило, это осуществляют посредством добавления триметафосфат-иона к смеси обожженного гипса и воды, используемой для получения продуктов, содержащих затвердевший гипс. В данном контексте термин «обожженный гипс» означает альфа-полугидрат сульфата кальция, бета-полугидрат сульфата кальция, водорастворимый ангидрит сульфата кальция или смеси любых или всех из них, а термины «затвердевший гипс» и «гидратированный гипс» означают дигидрат сульфата кальция. В указанной смеси вода самопроизвольно взаимодействует с обожженным гипсом с образованием затвердевшего гипса.
[0070] Таким образом, композиции согласно настоящему изобретению предпочтительно содержат триметафосфатную соль. Триметафосфатная соль, которую вводят в композиции согласно настоящему изобретению, может содержать любую водорастворимую триметафосфатную соль, которая не вступает в нежелательные реакции с другими компонентами композиции. Некоторые примеры подходящих солей представляют собой, среди прочих, триметафосфат натрия, триметафосфат калия, триметафосфат аммония, триметафосфат лития, триметафосфат алюминия и их смешанные соли. Предпочтительным является триметафосфат натрия. Он широко доступен в продаже, например, у компании Solutia Inc., Сент-Луис, штат Миссури, которая ранее была подразделением Monsanto Company, Сент-Луис, штат Миссури.
[0071] Триметафосфатное соединение добавляют в гипсовую суспензию для повышения прочности продукта и для улучшения устойчивости затвердевшего гипса к провисанию. Предпочтительно, концентрация триметафосфатного соединения составляет от примерно 0,07% до примерно 2,0% по массе обожженного гипса. Гипсовые композиции, содержащие триметафосфатные соединения, описаны в патентах США №6342284 и 6632550, содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки. Примеры триметафосфатных солей включают триметафосфат натрия, калия или лития, например, доступные в продаже у компании Astaris, LLC, Сент-Луис, штат Миссури. Следует соблюдать осторожность при использовании три мета фосфата с известью или другими модификаторами, которые повышают рН суспензии. При рН более 9,5 триметафосфат теряет свою способность повышать прочность продукта, и скорость схватывания суспензии резко снижается.
[0072] В частности, для применения при практическом осуществлении одного из предпочтительных способов настоящего изобретения, триметафосфатную соль растворяют в водной смеси обожженного гипса с получением концентрации триметафосфат-иона от примерно 0,004 до примерно 2,0 процента по массе относительно массы обожженного гипса. Предпочтительная концентрация триметафосфат-иона составляет от примерно 0,04 до примерно 0,16 процента. Более предпочтительная концентрация составляет примерно 0,08 процента. Для облегчения хранения и доставки, при практическом осуществлении некоторых вариантов реализации настоящего изобретения, триметафосфатную соль можно предварительно растворять в воде и вводить в смесь в форме водного раствора.
[0073] При использовании триметафосфат-ион должен лишь присутствовать в водной смеси обожженного гипса в процессе гидратации обожженного гипса с образованием затвердевшего гипса. Таким образом, хотя обычно удобнее всего и, следовательно, предпочтительно вводить триметафосфат-ион в смесь на более ранней стадии, обычно достаточно также вводить триметафосфат-ион в смесь обожженного гипса и воды на более поздней стадии. Например, при получении обычных гипсовых плит приводят в контакт воду, диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата и обожженный гипс в смесительном устройстве, тщательно перемешивают, а затем обычно наносят на обшивочный лист на движущейся ленте, и размещают второй обшивочный лист поверх нанесенной смеси до того, как произойдет основная регидратация обожженного гипса с образованием затвердевшего гипса. Несмотря на то, что удобнее всего вводить триметафосфат-ион в смесь при ее получении в смесительном устройстве, достаточно также добавлять триметафосфат-ион на более поздней стадии, например, посредством разбрызгивания водного раствора указанного иона на нанесенную водную смесь обожженного гипса непосредственно перед размещением на ней второго обшивочного листа, так что водный раствор триметафосфат-иона просачивается в нанесенную смесь и содержится в ней в процессе основной гидратации с образованием затвердевшего гипса.
[0074] Другие альтернативные способы введения триметафосфат-иона в смесь понятны специалистам в данной области техники и, разумеется, считаются входящими в объем настоящего изобретения. Например, можно предварительно покрывать один или более обшивочных листов триметафосфатной солью, так чтобы соль растворялась, и происходила миграция триметафосфат-иона через смесь, когда нанесенную водную смесь обожженного гипса приводят в контакт с обшивочным листом. Другой альтернативой является смешивание триметафосфатной соли с сырым гипсом еще до его нагревания для получения обожженного гипса, так что указанная соль уже присутствует, когда обожженный гипс смешивают с водой для инициации регидратации.
[0075] Другие альтернативные способы введения триметафосфат-иона в смесь заключаются в добавлении триметафосфат-иона к затвердевшему гипсу любым подходящим способом, таким как разбрызгивание или пропитывание затвердевшего гипса раствором, содержащим триметафосфат. Установлено, что триметафосфат-ион мигрирует к затвердевшему гипсу через обычные бумажные листы, используемые при обработке затвердевшего гипса.
[0076] Обожженный гипс
[0077] Обожженный гипс, используемый согласно настоящему изобретению, может быть в форме и концентрации, которые обычно используют в соответствующих вариантах реализации известного уровня техники. Он может представлять собой альфа-полугидрат сульфата кальция, бета-полугидрат сульфата кальция, водорастворимый ангидрит сульфата кальция или смеси любых или всех из них, природного или синтетического происхождения. В некоторых предпочтительных вариантах реализации используют альфа-полугидрат сульфата кальция, поскольку он обеспечивает получение затвердевшего гипса с относительно высокой прочностью. В других предпочтительных вариантах реализации используют бета-полугидрат сульфата кальция или смесь бета-полугидрата сульфата кальция и водорастворимого ангидрита сульфата кальция.
[0078] Вода
Воду добавляют в суспензию в любом количестве, которое обеспечивает получение текучей суспензии. Количество используемой воды существенно варьируется в зависимости от предполагаемого применения, используемого диспергирующего агента, свойств алебастра и используемых добавок. Массовое отношение воды к алебастру («WSR») в стеновой плите составляет 0,1-1,5:1, предпочтительно 0,2-0,8:1, более предпочтительно 0,4-0,8:1.
[0079] В композициях для полов предпочтительно используют WSR от примерно 0,17 до примерно 0,45, предпочтительно от примерно 0,16 до примерно 0,34. В продуктах, пригодных для формования или литья, предпочтительно используют воду в WSR от примерно 0,1 до примерно 0,3, предпочтительно от примерно 0,16 до примерно 0,25. WSR можно уменьшать на 0,1 или менее в лабораторных испытаниях, основанных на небольшом добавлении диспергирующих агентов на основе линейного поликарбоксилата. Согласно настоящему изобретению, массовое отношение воды к обожженному гипсу (полугидрату сульфата кальция) в суспензии, используемой для получения плиты, составляет менее 0,8.
[0080] Вода, используемая в суспензии, должна быть по возможности чистой для регулирования свойств самой суспензии и затвердевшего гипса. Как известно, соли и органические соединения изменяют время схватывания суспензии и широко варьируются от ускорителей до ингибиторов схватывания. Некоторые примеси приводят к образованию неоднородностей структуры в виде взаимосвязанной матрицы из кристаллов дигидрата, что снижает прочность затвердевшего продукта. Таким образом, использование воды, которая по возможности не содержит примеси, обеспечивает получение продукта с улучшенной прочностью и текстурой.
[0081] Добавки
[0082] При практическом осуществлении настоящего изобретения можно использовать другие традиционные добавки в стандартных количествах для обеспечения требуемых свойств и для облегчения производства, такие как, например, водная пена, ускорители схватывания, замедлители схватывания, ингибиторы рекальцинирования, связующие агенты, адгезивы, вторичные диспергирующие добавки (отличные от диспергирующих агентов на основе линейного поликарбоксилата), выравнивающие или антивыравнивающие агенты, загустители, бактерициды, фунгициды, регуляторы рН, окрашивающие вещества, усиливающие материалы, огнезащитные добавки, водоотталкивающие агенты, наполнители и их смеси. Например, возможными вторичными диспергирующими добавками являются 1) полинафталинсульфонатные диспергирующие агенты и 2) разветвленные поликарбоксилаты.
[0083] Гипсовая суспензия также необязательно содержит один или более модификаторов, которые усиливают способность поликарбоксилатного диспергирующего агента обеспечивать текучесть суспензии, повышая ее эффективность. Диспергирующий агент из двух повторяющихся звеньев, используемый согласно настоящему документу, может быть особенно восприимчив к действию модификаторов. Предпочтительные модификаторы включают цемент, известь, также известную как негашеная известь или оксид кальция, гашеную известь, также известную как гидроксид кальция, кальцинированную соду, также известную как карбонат натрия, и другие карбонаты, силикаты, фосфонаты и фосфаты. Доза модификатора составляет от 0,05% до примерно 1%, в зависимости от используемого модификатора и предполагаемого применения. При использовании модификаторов эффективность диспергирующего агента усиливается, обеспечивая достижение нового уровня текучести, или может быть уменьшено количество поликарбоксилатного диспергирующего агента для снижения затрат на поликарбоксилат. Дополнительная информация о модификаторах и их применении представлена в опубликованной заявке на патент США №US 2006-0280898 А1, озаглавленной "Modifiers for Gypsum Slurries and Method of Using Them", содержание которой включено посредством ссылки.
[0084] Предпочтительно, модификаторы и диспергирующий агент добавляют в воду, находящуюся в смесителе, до добавления указанного полугидрата. При добавлении модификатора и диспергирующего агента в сухой форме, их можно предварительно смешивать друг с другом и добавлять вместе с алебастром. Указанная последовательность добавления обеспечивает более высокую эффективность диспергирующего агента. Способ добавления диспергирующих агентов и модификаторов в композицию алебастра более подробно описан в публикации US 2006-0280898 А1, озаглавленной "Modifiers for Gypsum Slurries and Method of Using Them", содержание которой включено посредством ссылки.
2
2
[0085] В суспензию также добавляют дополнительные добавки, которые являются стандартными для конкретного применения, где будет использована гипсовая суспензия. Для изменения скорости, с которой протекает реакция гидратации, добавляют замедлители схватывания (до примерно 2 фунт/тыс, кв. футов (9,8 г/м)) или ускорители схватывания (до примерно 35 фунт/тыс, кв. футов (170 г/м)). Ускоритель на основе сульфата кальция («CSA») представляет собой ускоритель схватывания, содержащий 95% дигидрата сульфата кальция, размолотого вместе с 5% сахара и нагретого до 250°F (121°С) для карамелизации сахара. CSA имеется в продаже у компании USG Corporation, Сутард, штат Оклахома, и его получают в соответствии с патентом США №3573947, содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Другой предпочтительный ускоритель представляет собой сульфат калия. HRA представляет собой дигидрат сульфата кальция, свежесмолотый с сахаром в соотношении примерно 5-25 фунтов (2,3-11,3 кг) сахара на 100 фунтов (45,4 кг) дигидрата сульфата кальция. Данный продукт дополнительно описан в патенте США №2078199, содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Оба указанных продукта являются предпочтительными ускорителями.
2
[0086] Другой ускоритель, известный как ускоритель на основе влажного гипса или WGA, также является предпочтительным ускорителем. Описание применения и способа получения ускорителя на основе влажного гипса представлено в патенте США №6409825, содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Указанный ускоритель содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из группы, состоящей из органического фосфонового соединения, фосфатсодержащего соединения или их смесей. Указанный конкретный ускоритель демонстрирует существенную долговечность и сохраняет свою эффективность с течением времени, так что ускоритель на основе влажного гипса можно получать, хранить и даже транспортировать на большие расстояния до его применения. Ускоритель на основе влажного гипса используют в количестве от примерно 5 до примерно 80 фунтов на тысячу квадратных футов (от 24,3 до 390 г/м) площади изделия в форме плиты.
2
2
2
2
2
[0087] Гипсовая суспензия может содержать добавки для модификации одного или более свойств готового продукта. Добавки используют таким образом и в таком количестве, которые известны в данной области техники. Концентрацию выражают на 1000 квадратных футов (92,9 м) готовых панелей («MSF»). Крахмалы используют в количестве от примерно 3 до примерно 20 фунтов/тыс.кв. футов (14,6-97,6 г/м) для усиления сцепления с бумагой и повышения прочности продукта. В суспензию необязательно добавляют стекловолокно в количестве по меньшей мере 11 фунтов/тыс, кв. футов (54 г/м). В суспензию добавляют также до 15 фунтов/тыс, кв. футов (73,2 г/м). Восковые эмульсии добавляют в гипсовую суспензию в количестве до 90 фунтов/тыс, кв. футов (0,4 кг/м) для улучшения водостойкости готовой гипсовой плиты.
[0088] В тех вариантах реализации настоящего изобретения, в которых используют пенообразующий агент для получения пустот в продукте, содержащем затвердевший гипс, с целью уменьшения его массы, можно использовать любой из традиционных пенообразующих агентов, которые подходят для получения вспененных продуктов на основе затвердевшего гипса. Многие такие пенообразующие агенты хорошо известны и широко доступны в продаже, например, мыло. Пены и предпочтительный способ получения вспененных гипсовых продуктов описаны в патенте США №5683635, содержание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. При добавлении пены в продукт, поликарбоксилатный диспергирующий агент и/или полинафталинсульфонат (в случае его использования) необязательно делят между водой для затворения и водой для пены, или используют два различных диспергирующих агента в воде для затворения и в воде для пены перед ее добавлением к полугидрату сульфата кальция. Указанный способ описан в опубликованной заявке на патент США 2006-0278128 А1, озаглавленной "Effective Use of Dispersants in Wallboard Containing Foam", включенной в настоящий документ посредством ссылки.
[0089] Другие возможные добавки для стеновых плит представляют собой биоциды, добавляемые для подавления роста плесени, милдью или грибков. В зависимости от выбранного биоцида и предполагаемого применения стеновой плиты, биоцид можно добавлять в покрытие, гипсовый средний слой или в оба компонента. Примеры биоцидов включают борную кислоту, пиритионовые соли и соли меди. Биоциды можно добавлять в покрытие или в средний гипсовый слой. При их использовании, биоциды применяют в покрытиях в количестве менее 500 частей на млн (ppm).
[0090] Кроме того, гипсовая композиция необязательно может содержать крахмал, такой как предварительно желатинизированный крахмал, или кислотно-модифицированный крахмал. Введение предварительно желатинизированного крахмала повышает прочность затвердевшей и высохшей гипсовой отливки и минимизирует или исключает риск отслаивания бумаги в условиях повышенной влажности (например, в случае повышенного отношения воды к обожженному гипсу). Специалистам в данной области техники известны способы предварительного желатинирования сырьевого крахмала, такие как, например, варка сырьевого крахмала в воде при температуре по меньшей мере примерно 185°F (85°С), или другие способы. Подходящие примеры предварительно желатинизированного крахмала включают, но не ограничиваются этим, крахмал PCF 1000, имеющийся в продаже у компании Lauhoff Grain, и крахмалы AMERIKOR 818 и HQM PREGEL, имеющиеся в продаже у компании Archer Daniels Midland. При его использовании, предварительно желатинизированный крахмал присутствует в любом подходящем количестве. Например, при его использовании, предварительно желатинизированный крахмал можно добавлять к смеси, используемой для получения затвердевшей гипсовой композиции, в таком количестве, что его содержание составляет от примерно 0,5% до примерно 10% по массе затвердевшей гипсовой композиции. Для обеспечения прочности среднего слоя также необязательно добавляют такие крахмалы, как USG95 (United States Gypsum Company, Чикаго, штат Иллинойс).
[0091] При необходимости можно использовать другие известные добавки для модификации определенных свойств продукта. Сахара, такие как декстроза, используют для улучшения сцепления бумаги по краям плит. Восковые эмульсии или полисилоксаны используют для обеспечения водостойкости. При необходимости обеспечения жесткости обычно добавляют борную кислоту. Огнезащитные свойства можно улучшать посредством добавления вермикулита. Эти и другие известные добавки подходят для применения в предложенной суспензии и композициях стеновых плит.
[0092] Твердые вещества в суспензии согласно настоящему изобретению предпочтительно содержат менее 5% масс. карбоната кальция.
[0093] Суспензия предпочтительно не содержит 2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновую кислоту.
[0094] Суспензия предпочтительно не содержит такие мономеры, как гидроксиалкил-акрилат-фосфат, гидроксиалкил-акриламид-фосфат, ди(гидроксиалкил-акрилат)фосфат и ди(гидроксиалкил-акриламид)фосфат. Предпочтительно, суспензия не содержит макромономер, содержащий полиалкиленгликоль, который содержит алкеновую группу.
[0095] Предпочтительно, гипсовая суспензия содержит от 5 до 70 объемных процентов воздуха, более предпочтительно от 10 до 70 объемных процентов воздуха, наиболее предпочтительно от 20 до 70 объемных процентов воздуха.
[0096] Гипсовая плита и способы получения
[0097] Предпочтительно, способ и композиция согласно настоящему изобретению предназначены для получения гипсовой плиты 10 (см. фиг. 1), содержащей средний слой из материала, содержащего затвердевший гипс, размещенного между обшивочными листами, и линейные поликарбоксилаты используют в таких концентрациях и таким образом, как описано выше. В других отношениях указанная композиция и способ могут быть осуществлены на практике с применением таких же компонентов и таким же образом, как соответствующие композиции и способы получения гипсовой плиты, известные из уровня техники, например, как описано в патентах США №4009062 и 2985219, описание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.
[0098] Таким образом, в настоящем изобретении предложена гипсовая плита, содержащая:
гипсовый средний слой, содержащий дигидрат сульфата кальция и диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению,
причем гидравлический компонент суспензии, из которой получают гипсовый средний слой, содержит по меньшей мере 50% полугидрата сульфата кальция по массе относительно сухой массы гидравлического компонента;
причем суспензия, из которой получают гипсовый средний слой, имеет массовое отношение воды к полугидрату сульфата кальция 0,2-1,5:1, предпочтительно 0,2-0,8:1, более предпочтительно 0,4-0,7:1;
при этом гипсовый средний слой содержит от 10 до 90 объемных процентов пустот.
[0099] Гипсовая плита (также известная как гипсовая панель) согласно настоящему изобретению содержит гипсовый средний слой, содержащий дигидрат сульфата кальция и диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению, состоящий по существу из первого повторяющегося звена А и второго повторяющегося звена В, и указанную гипсовую плиту получают из гипсовой суспензии, содержащей указанный диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата и гидравлический компонент, содержащий по меньшей мере 50% полугидрата сульфата кальция по массе относительно сухой массы гидравлического компонента. Как правило, плита 10 (фиг. 1) имеет толщину Т от 0,25 до 1 дюйма (от 0,64 до 2,54 см).
[00100] В тех случаях, в которых необходимо получить гипсовую плиту меньшей массы, суспензия согласно настоящему изобретению дополнительно содержит водную пену из пузырьков воздуха. Такая композиция и способ обеспечивают получение плиты меньшей массы, поскольку пузырьки водной пены образуют соответствующие воздушные пустоты в затвердевшем среднем гипсовом слое готовой плиты.
[00101] Гипсовая плита содержит пустоты, образованные пеной из пузырьков воздуха в гипсовой суспензии, из которой получают средний гипсовый слой плиты. Предпочтительно, гипсовая суспензия содержит от 5 до 70 объемных процентов пузырьков воздуха, более предпочтительно от 10 до 70 объемных процентов воздуха, наиболее предпочтительно от 20 до 60 объемных процентов воздуха. Гипсовая плита может иметь более высокое объемное содержание пустот, чем объем пузырьков в суспензии, из которой она получена. Это обусловлено образованием дополнительных пустот (водяных пустот) в пространстве между частицами в процессе удаления воды при затвердевании суспензии с образованием плиты. Таким образом, гипсовая плита может иметь суммарный объем пустот от 10 до 92 объемных процентов, более предпочтительно от 25 до 90 объемных процентов, наиболее предпочтительно от 30 до 85 объемных процентов. При добавлении воздуха в способе согласно настоящему изобретению, смешивают полугидрат сульфата кальция и воду с получением суспензии, а затем добавляют воздух, вводя его в полученную суспензию и/или добавляя в полученную суспензию водную пену.
[00102] Способ согласно настоящему изобретению обеспечивает получение вышеописанной гипсовой плиты, содержащей средний слой из затвердевшего гипса, расположенный между обшивочными листами из бумаги или другого материала. Предпочтительно, указанную плиту получают посредством получения текучей смеси (суспензии) из обожженного гипса (полугидрата сульфата кальция), воздуха, воды и диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата, размещения смеси между обшивочными листами и обеспечения затвердевания и высыхания полученного пакета слоев. Суспензию наносят на первый обшивочный лист, затем на схватывающуюся суспензию наносят второй обшивочный лист.
[00103] Суспензия предпочтительно затвердевает по меньшей мере на 50% в течение 10 минут в отсутствие ускорителей. Таким образом, плита является затвердевшей по меньшей мере на 50% в течение 10 минут в отсутствие ускорителей.
[00104] Указанная суспензия содержит диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата и гидравлический компонент, содержащий по меньшей мере 50% полугидрата сульфата кальция по массе, предпочтительно по меньшей мере 80% полугидрата сульфата кальция по массе относительно сухой массы гидравлического компонента, и из указанной суспензии получают средний гипсовый слой гипсовой плиты (также известной как гипсовая панель). Гипсовая суспензия, из которой получают гипсовую плиту, имеет массовое отношение воды к полугидрату сульфата кальция 0,1-1,5:1, предпочтительно 0,2-0,8:1, более предпочтительно 0,4-0,8:1.
[00105] Указанную суспензию получают из гипса (полугидрата сульфата кальция), воды и диспергирующего агента согласно настоящему изобретению. При работе, для получения суспензии для плиты, гипс перемещают по конвейеру в сторону смесителя. Перед подачей в смеситель, в порошкообразный гипс добавляют сухие добавки, такие как сухие ускорители схватывания. Также добавляют воду. Также вводят воздух. Некоторые добавки добавляют непосредственно в смеситель по отдельной линии. Другие добавки также можно добавлять в воду. Это особенно удобно, если добавки представлены в жидкой форме. Для большинства добавок не критично, где их добавляют в суспензию, и их можно добавлять с помощью любого удобного оборудования или способа.
[00106] Однако при использовании диспергирующего агента согласно настоящему изобретению важно добавлять диспергирующий агент в воду до добавления алебастра. Воду для затворения или воду для замешивания добавляют в смеситель в количестве, необходимом для достижения требуемого отношения воды к алебастру, с учетом воды из других источников. В процессе получения плиты гипс (полугидрат сульфата кальция) превращается в дигидрат сульфата кальция.
[00107] В предпочтительных способах и композициях для получения гипсовой плиты передний и задний поверхностные листы плиты содержат бумагу, и в суспензии для композиции среднего слоя обычно используют также триметафосфат-ионы. Таким образом, суспензия для композиции среднего слоя также содержит триметафосфат-ион. В предпочтительных способах и композициях для получения гипсовой плиты, если поверхностные листы плиты содержат бумагу, то суспензия предпочтительно содержит также предварительно желатинизированный крахмал в рабочей суспензии. Затем крахмал распределяется по всему среднему гипсовому слою. Это позволяет избежать ослабления сцепления между средним слоем и обшивочными листами. Предварительно желатинизированный крахмал предотвращает немного повышенный риск отслаивания бумаги в условиях экстремальной влажности. Предварительное желатинирование сырьевого крахмала осуществляют его варкой в воде при температуре по меньшей мере 185°F (85°С) или другими общеизвестными способами.
[00108] Таким образом, в предпочтительной композиции и способе получения гипсовой плиты, указанная композиция содержит смесь обожженного гипса (полугидрата сульфата кальция), воды, диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата, триметафосфат-иона и предварительно желатинизированного крахмала. Указанный способ включает получение такой смеси, нанесение ее на первый обшивочный лист с получением гипсового среднего слоя, и последующее нанесение второго обшивочного листа поверх гипсового среднего слоя. Затем смесь выдерживают в условиях, достаточных для того, чтобы материал на основе сульфата кальция образовал материал из затвердевшего гипса.
[00109] Некоторые примеры доступных предварительно желатинизированных крахмалов, которые служат для целей настоящего изобретения, представляют собой (продукты указаны по торговым названиям): крахмал PCF1000 производства компании Lauhoff Grain Co.; и крахмалы AMERIKOR 818 и HQM PREGEL производства компании Archer Daniels Midland Co.
[00110] Для применения в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения, предварительно желатинизированный крахмал вводят в водную смесь обожженного гипса в концентрации от примерно 0,08 до примерно 5 процентов по массе относительно массы обожженного гипса. Предпочтительная концентрация предварительно желатинизированного крахмала составляет от примерно 0,2 до примерно 3 процента. Если соответствующий вариант реализации известного уровня техники также содержит крахмал, не подверженный предварительному желатинированию (как делают многие), то предварительно желатинизированный крахмал в варианте реализации согласно настоящему изобретению также может служить для замены всего крахмала или части крахмала, который обычно используют в известном уровне техники.
[00111] Пенообразующий агент
2
2
[00112] В тех вариантах реализации настоящего изобретения, в которых используют пенообразующий агент для получения пустот в продукте, содержащем затвердевший гипс, с целью уменьшения его массы, можно использовать любой из традиционных пенообразующих агентов, которые подходят для получения вспененных продуктов на основе затвердевшего гипса. Предпочтительное содержание пенообразующего агента составляет от примерно 0,2 фунт/тыс, кв. футов (0,98 г/м) до примерно 1,5 фунт/тыс, кв. футов (7,35 г/м). Многие такие пенообразующие агенты хорошо известны и широко доступны в продаже, например, мыло. Дополнительное описание подходящих пенообразующих агентов представлено, например: в патентах США №4676835; 5158612; 5240639 и 5643510; и в публикации международной заявки PCT WO 95116515, опубликованной 22 июня 1995 года.
[00113] Во многих случаях предпочтительно получать относительно крупные пустоты в гипсовом продукте для облегчения сохранения его прочности. Это можно осуществлять с помощью пенообразующего агента, образующего пену, которая является относительно нестабильной при приведении в контакт с суспензией обожженного гипса. Предпочтительно, это осуществляют смешиванием основного количества пенообразующего агента, который, как известно, образует относительно нестабильную пену, с небольшим количеством пенообразующего агента, который, как известно, образует относительно стабильную пену.
[00114] Такая смесь пенообразующих агентов может быть предварительно смешана «офлайн», т.е. отдельно от процесса получения вспененного гипсового продукта. Однако предпочтительно смешивать такие пенообразующие агенты одновременно и непрерывно, в качестве интегрированной «онлайн» части процесса. Это можно осуществлять, например, посредством закачивания отдельных потоков различных пенообразующих агентов и приведения указанных потоков в контакт в пеногенераторе или непосредственно перед пеногенератором, который используют для получения потока водной пены, которую затем вводят в суспензию обожженного гипса и смешивают с ним. При смешивании таким образом, отношение пенообразующих агентов в смеси можно легко и эффективно регулировать (например, посредством изменения скорости потока одного или обоих указанных отдельных потоков) для достижения требуемых характеристик пустот во вспененном продукте из затвердевшего гипса. Такие поправки можно осуществлять в ответ на тестирование готового продукта для определения необходимости в таких поправках. Дополнительное описание такого «онлайн» смешивания и регулирования представлено в патенте США №5643510 и в патенте США №5683635.
3
3
2
x
2
2
2
3
-
+
-
+
[00115] Пример одного типа пенообразующего агента, подходящего для получения нестабильных пен, имеет формулу ROSOM, где R представляет собой алкильную группу, содержащую от 2 до 20 атомов углерода, и М представляет собой катион. Предпочтительно, R представляет собой алкильную группу, содержащую от 8 до 12 атомов углерода. Пример одного типа пенообразующего агента, подходящего для получения стабильных пен, имеет формулу CH(CH)CH(OCHCH)yOSOM, где Х представляет собой число от 2 до 20, Y представляет собой число от 0 до 10 и имеет значение больше 0 для по меньшей мере 50 массовых процентов пенообразующего агента, и М представляет собой катион. Можно использовать смеси указанных пенообразующих агентов.
3
2
x
2
2
2
3
-
+
[00116] В некоторых предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения водную пену получают из предварительно смешанного пенообразующего агента, имеющего формулу CH(CH)CH(OCHCH)yOSOM, где Х представляет собой число от 2 до 20, Y представляет собой число от 0 до 10 и равен 0 для по меньшей мере 50 массовых процентов пенообразующего агента, и М представляет собой катион. Предпочтительно, Y равен 0 для 86-99 массовых процентов указанного пенообразующего агента.
[00117] Комбинированные плиты
[00118] В тех случаях, в которых необходимо получить комбинированную гипсовую плиту, суспензия согласно настоящему изобретению дополнительно содержит усиливающий материал. Комбинированная плита содержит затвердевший гипс и несущие частицы, причем по меньшей мере часть затвердевшего гипса расположена внутри и вблизи доступных пустот в несущих частицах. Указанную плиту получают посредством получения или нанесения смеси на поверхность, причем указанная смесь содержит: несущие частицы; полугидрат сульфата кальция, по меньшей мере часть которого представлена в форме кристаллов внутри и вблизи пустот в несущих частицах; воду и диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата. Предпочтительно, указанная смесь также содержит соответствующее количество одного или более усиливающих материалов, выбранных из группы, состоящей из конденсированных фосфорных кислот, каждая из которых содержит два или более звеньев фосфорной кислоты; и солей или ионов конденсированных фосфатов, каждый из которых содержит 2 или более фосфатных звеньев. Указанную смесь затем выдерживают в условиях, достаточных для того, чтобы полугидрат сульфата кальция образовал затвердевший гипс, в результате чего образуется часть затвердевшего гипса внутри и вблизи доступных пустот в несущих частицах посредством in situ гидратации кристаллов полугидрата сульфата кальция внутри и вблизи пустот несущих частиц.
[00119] В некоторых предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения указанный способ и композиция предназначены для получения комбинированной плиты, содержащей затвердевший гипс и частицы усиливающего материала, введенные в таких концентрациях и таким способом, как описано выше. Предпочтительно, триметафосфат-ион также используют в таких концентрациях и таким способом, как описано выше. Если требуемый комбинированный продукт содержит затвердевший гипс и несущие частицы, то по меньшей мере часть затвердевшего гипса расположена внутри и вблизи доступных пустот в несущих частицах. Композиция согласно настоящему изобретению содержит смесь: несущих частиц, содержащих доступные пустоты; обожженного гипса, по меньшей мере часть которого представлена в форме кристаллов внутри и вблизи пустот в несущих частицах; и диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата. Предпочтительно, указанная смесь также содержит водорастворимую триметафосфатную соль. Указанную композицию можно смешивать с водой с получением смеси согласно настоящему изобретению из воды, диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата, несущих частиц, содержащих доступные пустоты, обожженного гипса (по меньшей мере часть которого представлена в форме кристаллов внутри и вблизи пустот в несущих частицах) и предпочтительно триметафосфат-ионов. Указанный способ включает получение такой смеси, нанесение ее на поверхность или в форму и обеспечение возможности затвердевания и высыхания. В других отношениях указанная композиция и способ могут быть осуществлены на практике с применением таких же компонентов и таким же образом, как соответствующие композиции и способы получения комбинированной плиты, известные из уровня техники, например, как описано в патенте США №5320677, описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки.
[00120] Другие продукты, получаемые из суспензии согласно настоящему изобретению
[00121] В настоящем изобретении также представлен продукт для машинной обработки, содержащий затвердевший гипс, полученный путем образования смеси, содержащей крахмал, частицы полимера, повторно диспергируемого в воде, материал на основе сульфата кальция, воду и диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата. Предпочтительно, указанная смесь также содержит соответствующее количество одного или более усиливающих материалов, выбранных из: конденсированных фосфорных кислот, каждая из которых содержит 2 или более звеньев фосфорной кислоты; и солей или ионов конденсированных фосфатов, каждый из которых содержит два или более фосфатных звеньев. Затем смесь выдерживают в условиях, достаточных для того, чтобы материал на основе сульфата кальция образовал материал из затвердевшего гипса.
[00122] В настоящем изобретении также предложен продукт, содержащий затвердевший гипс, используемый для отделки швов между краями гипсовых плит, который получают посредством введения в шов смеси, содержащей связующее вещество, загуститель, антивыравнивающий агент, материал на основе сульфата кальция, воду и диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата. Предпочтительно, указанная смесь также содержит соответствующее количество одного или более усиливающих материалов, выбранных из конденсированных фосфорных кислот, каждая из которых содержит 2 или более звеньев фосфорной кислоты; и солей или ионов конденсированных фосфатов, каждый из которых содержит 2 или более фосфатных звеньев. Затем смесь выдерживают в условиях, достаточных для того, чтобы материал на основе сульфата кальция образовал материал из затвердевшего гипса.
[00123] Указанный способ и композиция могут обеспечивать получение материала, используемого для отделки швов между краями гипсовых плит, в котором диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата использован в концентрациях, описанных выше. Предпочтительно, в композицию также включают триметафосфатные соли и ионы. В отношении аспектов, отличных от включения диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата, указанная композиция и способ могут быть осуществлены на практике с применением таких же компонентов и таким же образом, как соответствующие композиции и способы получения материала для отделки швов, известные из уровня техники, например, как описано в патенте США №3297601, описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. В некоторых предпочтительных формах указанная композиция содержит смесь обожженного гипса, диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата, связующее вещество, загуститель, антивыравнивающий агент и предпочтительно водорастворимую триметафосфатную соль. Указанную композицию можно смешивать с водой с получением смеси согласно настоящему изобретению из обожженного гипса, диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата, связующего агента, загустителя, антивыравнивающего агента и предпочтительно триметафосфат-иона. Указанный способ включает получение такой смеси, ее введение в шов между краями гипсовых плит и обеспечение возможности ее затвердевания и высыхания.
[00124] В таких предпочтительных вариантах реализации отделки швов указанное связующее вещество, загуститель и антивыравнивающий агент выбраны из компонентов, хорошо известных специалистам в области компаундов для отделки швов. Например, связующее вещество может представлять собой традиционное латексное связующее, причем предпочтительным является поли(винилацетат) и сополимер этилена и винилацетата, которые вводят в количестве от примерно 1 до примерно 15 процентов по массе композиции. Примером подходящего загустителя является целлюлозный загуститель, например, этилгидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, метилгидроксипропилцеллюлоза или гидроксиэтилцеллюлоза, которую вводят в количестве от примерно 0,1 до примерно 2 процента по массе композиции. Примеры подходящих антивыравнивающих агентов представляют собой аттапульгитовую, сепиолитовую, бентонитовую и монтмориллонитовую глины, которые вводят в количестве от примерно 1 до примерно 10 процентов по массе композиции.
[00125] Следующие примеры представлены для дополнительной иллюстрации некоторых предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения и для их сравнения со способами и композициями, не входящими в объем изобретения. Если не указано иное, концентрации материалов в композициях и смесях представлены в процентах по массе относительно массы обожженного гипса.
Пример 1
[00126] Новые линейные поликарбоксилаты сравнивали с полинафталинсульфонатом в одинаковых дозах. Расход воды корректировали для достижения осадки конуса 7 дюймов (18 см) (массовое отношение воды к алебастру, WSR).
[00127] Анионные диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата синтезировали радикальной полимеризацией в водной среде, используя радикальный инициатор (неорганический пероксид) и стандартный агент переноса цепи (меркаптан). Обычно получали полидисперсность более 2,0, и концевые группы полимера теоретически представляли собой смесь не активированных частиц инициатора, агента переноса цепи и мономерных звеньев.
[00128] Проверяли расход воды для гипсовых суспензий, диспергированных с помощью диспергирующих агентов на основе линейного поликарбоксилата (РС1-РС8 производства компании Ruetgers Polymers), и сравнивали с гипсовыми суспензиями, диспергированными с помощью полинафталинсульфоната (кальциевая соль полинафталинсульфоната DURASAR производства компании Ruetgers Polymers). Синтетический полугидрат бета-сульфата кальция с 1% масс.(относительно массы алебастра) ускорителя Ball Mill и 3% масс. предварительно желатинизированного крахмала добавляли и смешивали с водой, диспергирующим агентом и замедлителем в смесителе с высоким усилием сдвига в течение 10 секунд. Суспензию выливали в металлический цилиндр и оставляли растекаться после снятия цилиндра. Измеряли диаметр растекшейся суспензии.
[00129] Для сравнения эффективности диспергирующих агентов использовали дозу диспергирующего агента 0,25% масс.(масса алебастра) и изменяли дозу воды для достижения стабильного растекания суспензии до высоты 7 дюймов (18 см). Дозу замедлителя (VERSENEX 80) изменяли для достижения сопоставимого времени схватывания суспензии в пределах 40-60 секунд. Расход воды выражали как массовое отношение воды к алебастру (WSR), необходимое для растекания 7 дюймов (18 см).
[00130] Испытанные диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата перечислены в таблице 1.
[00132] Результаты, полученные в данном примере, представлены в таблице 2.
[00134] Все испытанные линейные поликарбоксилаты обеспечивали достижение более низкого расхода воды (WSR), чем полинафталинсульфонат (PNS) DURASAR. Расход воды и расход замедлителя уменьшались при увеличении содержания мономера А. Все диспергирующие агенты на основе линейного поликарбоксилата обеспечивали достижение более низкого значения WSR, чем имеющийся в продаже PNS диспергирующий агент.
Пример 2
[00135] Новые линейные поликарбоксилаты сравнивали с полинафталинсульфонатом и традиционным разветвленным поликарбоксилатом (также известным как простой поликарбоксилатный эфир или РСЕ) в равных дозах с применением более проблематичных алебастров, содержащих глину. Расход воды корректировали для достижения осадки конуса 7 дюймов (18 см) (массовое отношение воды к алебастру, WSR). Алебастр представлял собой 87% масс. полугидрат сульфата кальция и примерно 0,6% масс. общей глины.
[00136] Анионные диспергирующие агенты на основе линейных поликарбоксилатов синтезировали радикальной полимеризацией в водной среде, используя радикальный инициатор (неорганический пероксид) и стандартный агент переноса цепи (меркаптан). Обычно получали полидисперсность более 2,0, и концевые группы полимера теоретически представляли собой смесь не активированных частиц инициатора, агента переноса цепи и мономерных звеньев.
[00137] Проверяли расход воды для гипсовых суспензий, диспергированных с помощью диспергирующих агентов на основе линейных поликарбоксилатов (РС1, РС4 и РС7 производства компании Ruetgers Polymers), и сравнивали с гипсовыми суспензиями, диспергированными с помощью полинафталинсульфоната (кальциевая соль полинафталинсульфоната DURASAR производства компании Ruetgers Polymers), и с гипсовыми суспензиями, диспергированными с помощью традиционного РСЕ (ETHACRYL М производства компании СОАТЕХ). Природный гипс, содержащий полугидрат бета-сульфата кальция, с 0,75% масс. (масса алебастра) ускорителя Ball Mill и 3% масс. предварительно желатинизированного крахмала добавляли и смешивали с водой, диспергирующим агентом и замедлителем в смесителе с высоким усилием сдвига в течение 10 секунд. Суспензию выливали в металлический цилиндр и оставляли растекаться после снятия цилиндра. Измеряли диаметр растекшейся суспензии.
[00138] Для сравнения эффективности диспергирующих агентов использовали дозу диспергирующего агента 0,25% масс.(масса алебастра) и изменяли дозу воды для достижения стабильного растекания суспензии до высоты 7 дюймов (18 см). Дозу замедлителя (VERSENEX 80) изменяли для достижения сопоставимого времени схватывания суспензии в пределах 40-60 секунд. Расход воды выражали как массовое отношение воды к алебастру (WSR), необходимое для растекания 7 дюймов (18 см). Испытанные диспергирующие агенты на основе линейных поликарбоксилатов перечислены в таблице 3.
[00140] Алебастры, содержащие глину, с трудом поддаются диспергированию с применением традиционных диспергирующих агентов, и традиционный РСЕ, весьма эффективный в других случаях, не может обеспечивать снижение расхода воды для таких проблематичных алебастров. Диспергирующие агенты на основе линейных поликарбоксилатов демонстрировали более высокие показатели, чем PNS и даже РСЕ.
Пример 3
[00141] Смесь линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению с полинафталинсульфонатом (PNS) сравнивали с линейным поликарбоксилатом и сравнивали с полинафталинсульфонатом в равных дозах. Расход воды корректировали для достижения осадки конуса 6 дюймов (15 см) (массовое отношение воды к алебастру, WSR).
[00142] Анионный диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата синтезировали радикальной полимеризацией в водной среде, используя радикальный инициатор (неорганический пероксид) и стандартный агент переноса цепи (меркаптан). Обычно получали полидисперсность более 2,0, и концевые группы полимера теоретически представляли собой смесь не активированных частиц инициатора, агента переноса цепи и мономерных звеньев.
[00143] Диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата имел молярное соотношение МАА и AMPS 60:40 и средневесовую молекулярную массу примерно 15000 Дальтон.
[00144] Проверяли расход воды для гипсовых суспензий, диспергированных с помощью диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата производства компании Ruetgers Polymers, и сравнивали с гипсовыми суспензиями, диспергированными с помощью полинафталинсульфоната (кальциевая соль полинафталинсульфоната DURASAR производства компании Ruetgers Polymers) и с помощью 1:1 смеси линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению и PNS (DURASAR). Синтетический полугидрат бета-сульфата кальция с 1% масс.(масса алебастра) ускорителя Ball Mill и 2% масс. предварительно желатинизированного крахмала добавляли и смешивали с водой, диспергирующим агентом и замедлителем в смесителе с высоким усилием сдвига в течение 10 секунд. Суспензию выливали в металлический цилиндр и оставляли растекаться после снятия цилиндра. Измеряли диаметр растекшейся суспензии.
[00145] Для сравнения эффективности диспергирующих агентов использовали дозу диспергирующего агента 0,64% масс.(масса алебастра) и изменяли дозу воды для достижения стабильного растекания суспензии до высоты 6 дюймов (15 см). Дозу замедлителя (VERSENEX 80) изменяли для достижения сопоставимого времени схватывания суспензии в пределах 40-60 секунд. Расход воды выражали как массовое отношение воды к алебастру (WSR), необходимое для растекания 6 дюймов (15 см). Испытанные диспергирующие агенты на основе линейных поликарбоксилатов перечислены в таблице 4.
[00147] Было обнаружено, что диспергирующие агенты на основе линейных поликарбоксилатов также или более эффективны при одновременном использовании с полинафталинсульфонатами.
Пример 4. Данные о гидратации
[00148] В экспериментальной серии 4-1, экспериментальной серии 4-2 и экспериментальной серии 4-3 испытывали линейный поликарбоксилат на основе метакриловой кислоты в качестве диспергирующего агента для гипсовой плиты, и записывали гидратацию, измеренную по повышению температуры. Данные гидратации, полученные в экспериментальной серии 4-1, представлены на фиг. 2, в экспериментальной серии 4-2 - представлены на фиг. 3, и в экспериментальной серии 4-3 - представлены на фиг. 4.
[00149] В экспериментальной серии 4-1 испытывали композиции, в которых диспергирующий агент представлял собой 0,3% масс. PNS (полинафталинсульфоната), смесь 0,2% масс. PNS (полинафталинсульфоната) и 0,2% масс. диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению, а также смесь 0,3% масс. PNS (полинафталинсульфоната) и 0,3% масс. диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению.
[00150] В экспериментальной серии 4-2 испытывали композиции, в которых диспергирующий агент представлял собой 0,6% масс. PNS (полинафталинсульфоната), смесь 0,3% масс. PNS (полинафталинсульфоната) и 0,3% масс. диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению, а также смесь 0,3% масс. PNS (полинафталинсульфоната) и 0,4% масс. диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению.
[00151] В экспериментальной серии 4-3 испытывали композиции, в которых диспергирующий агент представлял собой 0,2% масс. PNS (полинафталинсульфоната), смесь 0,2% масс. PNS (полинафталинсульфоната) и 0,1% масс. диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению, а также смесь 0,2% масс. PNS (полинафталинсульфоната) и 0,2% масс. диспергирующего агента на основе линейного поликарбоксилата согласно настоящему изобретению.
[00152] Диспергирующий агент на основе линейного поликарбоксилата представлял собой сополимер МАА и AMPS, имеющий средневесовую молекулярную массу примерно 16000 Дальтон.
[00153] Все образцы суспензий брали из промышленной технологической линии по производству гипсовых плит и проверяли их гидратацию. Для объединения влажных и сухих ингредиентов с получением суспензии для среднего слоя использовали смеситель промышленной линии по производству гипсовых плит, работающей непрерывно. Суспензию для получения среднего слоя, выходящую из выходного патрубка смесителя, наносили на лист бумаги в виде непрерывной полосы предшественника плиты. Из указанной непрерывной полосы предшественника плиты брали образцы, а затем тестировали их.
[00154] В каждой экспериментальной серии единственным изменением рецептуры был тип диспергирующего агента и его количество. Дозу замедлителя и ускорителя не изменяли.
KE
[00155] Гипсовые суспензии из экспериментальной серии 4-1, представленной на фиг. 2, не демонстрировали никаких признаков задержки гидратации при введении линейных поликарбоксилатов (PC). На графиках, представленных на фиг. 2-4, Т представляет собой время, а T представляет собой время до подачи в печь.
KE
KE
[00156] Гипсовые суспензии в экспериментальной серии 4-2 демонстрировали небольшую задержку гидратации при содержании линейного поликарбоксилата 0,3% масс. Указанное воздействие было более заметным при дальнейшем увеличении дозы до 0,4% масс. Однако в обоих случаях гидратация была полной до того момента, когда отношение T/T составляло 0,75, где Т представляет собой время, и T представляет собой время с момента формирования плиты в смесителе до ее подачи в печь.
KE
[00157] Гипсовые суспензии в экспериментальной серии 4-3 демонстрировали небольшое снижение гидратации при добавлении 0,1% PC, и указанное снижение несколько увеличивалось при его содержании 0,2% масс. Таким же образом, как в экспериментальной серии 4-2, общая гидратация не была уменьшена, и гидратация была полной до того момента, когда отношение T/T составляло 0,5.
[00158] Было установлено, что замедляющий эффект линейных поликарбоксилатов является незначительным или нулевым (экспериментальная серия 4-1), и не оказывает влияния на общее время до 100% гидратации.
[00159] Линейные поликарбоксилаты (согласно настоящему изобретению) оказывают влияние лишь на начальный период гидратации, и их можно рассматривать как действующие подобно слабому замедлителю с постепенно исчезающим замедлением.
[00160] По сравнению с традиционными диспергирующими агентами на основе разветвленных поликарбоксилатов, влияние линейных поликарбоксилатов, описанных в настоящем изобретении, на прочность продукта является минимальным или нулевым. Это является существенным и неожиданным преимуществом. Благодаря минимальному или нулевому замедляющему действию, степень замедления можно точно регулировать, добавляя специальные замедляющие агенты, без ухудшения действия диспергирующих агентов на основе линейных поликарбоксилатов.
KE
[00161] При использовании в большой дозе, традиционные разветвленные поликарбоксилаты оказывают более выраженное и устойчивое замедляющее действие, приводящее к гидратации менее 100% при T и, следовательно, к ухудшению прочностных свойств. Например, недавно в патенте США №7070648, выданном Schwartz et al., в 1 колонке на 45-50 строках описано, что комбинированные разветвленные сополимеры акрилового мономера и простого полиэфира используют в качестве агентов для уменьшения расхода воды в гипсовых композициях (ссылка на патент США №6527850, Schwartz et al.). Указанные комбинированные разветвленные сополимеры можно использовать в гораздо более низких дозах, чем полинафталинсульфонат. Однако комбинированные разветвленные сополимеры обычно приводят к замедлению схватывания.
Пример 5. Сравнение полимера на основе метакриловой кислоты с полимером сравнения на основе акриловой кислоты
[00162] Линейный поликарбоксилат РС1 на основе метакриловой кислоты сравнивали с линейными поликарбоксилатами, полученными из акриловой кислоты, в равных дозах.
[00163] Анионные диспергирующие агенты на основе линейных поликарбоксилатов синтезировали радикальной полимеризацией в водной среде, используя радикальный инициатор (неорганический пероксид) и стандартный агент переноса цепи (меркаптан). Обычно получали полидисперсность более 2,0, и концевые группы полимера теоретически представляли собой смесь не активированных частиц инициатора, агента переноса цепи и мономерных звеньев.
[00164] Испытанные диспергирующие агенты на основе линейных поликарбоксилатов на основе акриловой кислоты перечислены в таблице 5.
[00166] Проверяли расход воды для гипсовых суспензий, диспергированных с помощью диспергирующих агентов на основе линейных поликарбоксилатов (РС1, производства компании Ruetgers Polymers) и сравнивали с гипсовыми суспензиями, диспергированными с помощью линейного поликарбоксилата на основе акриловой кислоты РС-А и РС-В (производства компании Ruetgers Polymers). Синтетический полугидрат β-сульфата кальция с 1% масс.(масса алебастра) ускорителя Ball Mill и 3% масс. предварительно желатинизированного крахмала добавляли и смешивали с водой, диспергирующим агентом и замедлителем в смесителе с высоким усилием сдвига в течение 10 секунд. Суспензию выливали в металлический цилиндр и оставляли растекаться после снятия цилиндра. Измеряли диаметр растекшейся суспензии. Результаты представлены как примеры с использованием РС1, РС-А (1 эксперимент) и РС-В (2 эксперимент).
[00167] Для сравнения эффективности диспергирующих агентов использовали дозу диспергирующего агента 0,25% масс.(масса алебастра) и дозу воды 83% для достижения растекания суспензии до высоты конуса примерно 7 дюймов (18 см). Дозу замедлителя (VERSENEX 80) изменяли для достижения сопоставимого времени схватывания суспензии в пределах 40-60 секунд. Для всех испытаний записывали время схватывания. Результаты испытаний представлены в таблице 6.
[00169] При сравнении РС1, РС-А (эксперимент 1) и РС-В (эксперимент 2) в одинаковых рецептурах, схватывание суспензий, полученных с применением РС-А и РС-В, занимало существенно больше времени. Замедление, обусловленной линейными поликарбоксилатами на основе акриловой кислоты, было существенным и нежелательным.
[00170] В качестве следующей стадии существенно уменьшали дозу замедлителя и повторяли испытания, используя такое же отношение воды к алебастру. Результаты представлены как примеры с использованием РС-А (эксперимент 3) и РС-В (эксперимент 4). Даже при очень низкой дозе замедлителя замедление, вызванное линейными поликарбоксилатами на основе акриловой кислоты, все еще было значительным и нежелательным. Распределение суспензии было немного лучше, но это можно отнести к более продолжительному времени схватывания и замедленному затвердеванию, обусловленному диспергирующим агентом. Таким образом, линейные поликарбоксилатные полимеры на основе акриловой кислоты имеют ограниченное применение в качестве диспергирующих агентов вследствие сильного замедляющего действия на время затвердевания гипса. Линейные поликарбоксилатные полимеры на основе метакриловой кислоты неожиданно превосходят линейные поликарбоксилатные полимеры на основе акриловой кислоты, поскольку линейные поликарбоксилатные полимеры на основе метакриловой кислоты не оказывают неблагоприятного эффекта замедления.
[00171] Установлено, что линейные поликарбоксилатные полимеры на основе линейной метакриловой кислоты и итаконовой кислоты согласно настоящему изобретению не оказывают существенного влияния на время затвердевания или применение замедлителя при использовании для диспергирования гипсовых суспензий (см. пример 1).
[00172] Настоящее изобретение не ограничено приведенными выше вариантами реализации, а определяется формулой изобретения, прилагаемой к нему.