Результат интеллектуальной деятельности: УЛУЧШЕННАЯ БУМАГА ДЛЯ ГИПСОВЫХ СТЕНОВЫХ ПЛИТ

Родственные заявки

По настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке US № 60/785325, поданной 23 марта 2006 г., которая во всей своей полноте включена в настоящее изобретение в качестве ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композиции, применимой в качестве добавки для изготовления гипсовой стеновой плиты, которая обеспечивает изготовление стеновых плит с использованием небольшого количества крахмала в качестве связующего или без его использования. Настоящее изобретение также относится к бумаге, обработанной этой добавкой, а также к способу изготовления гипсовой стеновой плиты, в котором для сушки необходимо значительно меньшее количество энергии, чем в способах предшествующего уровня техники. Точнее, настоящее изобретение относится к способу изготовления бумажного компонента гипсовой стеновой плиты, обладающего лучшей способностью приклеиваться к влажному гипсу.

Уровень техники

В промышленности по изготовлению гипсовых стеновых плит стеновые плиты изготавливают по технологии, обеспечивающей эффективное приклеивание двух наружных слоев плотной бумаги к гипсовому сердечнику, который ими окружен. В промышленности в гипсовый сердечник традиционно прибавляют большие количества крахмала в качестве связующего для стимулирования адгезии к бумажной оболочке. Кроме того, в промышленности к гипсу прибавляют большой избыток воды, так чтобы во время сушки гипса между двумя слоями бумаги большой избыток воды мог переходить из влажного гипса в бумагу, содержащую крахмал в качестве связующего, и одновременно обеспечивать приклеивание гипса к поверхности бумаги. Однако в такой технологии необходимо большое количество энергии для перемещения воды и выпаривания избытка воды из гипсового сердечника.

В промышленности обычно необходимо уменьшить количество воды, использующейся при изготовлении стеновых плит, поскольку у изготовителей гипсовых стеновых плит значительно увеличилась стоимость сушки. Также понятно, что в контексте настоящего изобретения можно уменьшить отношение гипс: вода, что, в свою очередь, может привести к большей прочности стеновой плиты. Это увеличение прочности, обеспечивающееся обработкой поверхности бумаги в технологии изготовления гипсовых стеновых плит, в свою очередь, необязательно может обеспечить изготовление более прочных, обладающих меньшей плотностью стеновых плит.

Согласно изобретению неожиданно было установлено, что существует альтернатива использованию крахмала и большого содержания воды во влажном гипсовом сердечнике с обеспечением прочного склеивания слоев бумаги с гипсовым сердечником.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение относится к способу изготовления гипсовой стеновой плиты с проведением обработки поверхности бумажного компонента стеновой плиты до соприкосновения бумажного компонента с влажным гипсом, предназначенной для улучшения склеивания гипса с бумажным компонентом. Тогда в гипсовом компоненте можно использовать относительно небольшое количество воды и все же обеспечить прочное склеивание с подложкой.

Настоящее изобретение также относится к композиции, применимой в качестве добавки при изготовлении гипсовой стеновой плиты, которая обеспечивает изготовление стеновых плит с использованием небольшого количества крахмала в качестве связующего или без его использования. Настоящее изобретение также относится к бумаге, обработанной с помощью этой добавки.

Кроме того, настоящее изобретение относится к стеновой плите, содержащей гипсовый сердечник и по меньшей мере один обработанный лист бумаги, приклеенный к поверхности гипсового сердечника, в которой поверхность листа бумаги обработана клеем для обработки поверхности. Поверхность гипсового сердечника приклеена к поверхности листа бумаги, обработанной клеем для обработки поверхности.

Обработанная бумага, предназначенная для применения в стеновой плите, представляет собой лист бумаги, поверхность которого обработана клеем для обработки поверхности, включающем воду и латексное связующее. Клей для обработки поверхности также может содержать некоторое количество минерального наполнителя. Клей для обработки поверхности также может содержать некоторое количество модификатора реологических характеристик, такого как простой эфир целлюлозы или биополимер или их смеси.

До настоящего изобретения использование больших содержаний крахмала и воды в гипсовой стеновой плите было необходимым для обеспечения надлежащего склеивания гипса с бумажным компонентом. В предшествующем уровне техники отношение вода/гипс обычно составляло более 70/100. В контексте настоящего изобретения отношение вода/гипс может составлять менее 70/100.

Настоящее изобретение обладает теми преимуществами, что позволяет уменьшить отношение вода/гипс и, следовательно, обеспечить меньший расход энергии при изготовлении стеновой плиты и повышение прочности стеновой плиты вследствие использования меньшего отношения вода/гипс. Таким образом, настоящее изобретение относится к способу, позволяющему изготовить стеновую плиту, обладающую улучшенными характеристиками.

Подробное описание изобретения

Согласно изобретению неожиданно было установлено, что поверхность являющегося оболочкой бумажного компонента гипсовой стеновой плиты можно обработать подобранными материалами так, чтобы улучшить приклеивание гипсового сердечника стеновой плиты к бумаге. Это улучшенное приклеивание, или сродство, в свою очередь, позволяет изготовить гипсовый сердечник с использованием меньшего содержания воды и крахмала, что уменьшает количество энергии, необходимой для сушки стеновой плиты. К преимуществам уменьшения содержания крахмала в гипсовом сердечнике стеновой плиты или его исключения из состава относится то, что изготовленная стеновая плита в меньшей степени подвержена воздействию микроорганизмов при высокой влажности или при других условиях, способствующих размножению микроорганизмов.

Настоящее изобретение относится к клею для обработки поверхности, использующемуся для обработки поверхности бумажных компонентов стеновой плиты. Этот клей для обработки поверхности включает воду и латексное связующее. Клей для обработки поверхности может дополнительно предпочтительно включать минеральный наполнитель. Клей для обработки поверхности также может необязательно включать такие дополнительные ингредиенты, как модификаторы реологических характеристик, стабилизаторы и консерванты.

Латексный связующий компонент клея для обработки поверхности предпочтительно содержится в диапазоне примерно 1-55 мас.% в пересчете на массу клея для обработки поверхности. Латексный связующий компонент клея для обработки поверхности можно выбрать из числа обычных полимерных латексов и можно выбрать из группы, включающей этиленполивинилацетатный, поли(винилацетат)ный (PVOAc) латекс, стиролбутадиеновый каучук (СБК), акриловый, винилакриловый каучук. Предпочтительно, если латексный связующий компонент представляет собой этиленполивинилацетатный или поли(винилацетат)ный (PVOAc) латекс.

Использование минерального наполнителя в клее для обработки поверхности является необязательным. Если он используется, то содержание минерального наполнителя в клее для обработки поверхности обычно находится в диапазоне примерно 1-50 мас.% в пересчете на массу клея для обработки поверхности. Применимы многие типы минералов и самые разные распределения по размерам частиц минерального наполнителя, хотя обычно для использования в клее для обработки поверхности предпочтительны более мелкие частицы. Минеральный наполнитель можно выбрать из группы, включающей полугидрат сульфата кальция, дигидрат сульфата кальция, молотый гипс, портландцемент, карбонат кальция, глины и порошкообразный диоксид кремния. В качестве минерального наполнителя можно использовать и другие неорганические вещества.

Другие растворимые в воде вещества, выбранные из группы, включающей модификаторы реологических характеристик, соли, ускорители и диспергирующие вещества, можно использовать в качестве добавок к клею для обработки поверхности для изменения других характеристик обработанной бумаги и готовой стеновой плиты. Предпочтительные модификаторы реологических характеристик включают простые эфиры целлюлозы. Простые эфиры целлюлозы, применимые в настоящем изобретении, можно выбрать из группы, включающей карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), гидроксипропилметилцеллюлозу (ГПМЦ), метилцеллюлозу (МЦ), гидроксипропилцеллюлозу (ГПЦ), гидрофобно-модифицированную гидроксипропилцеллюлозу (ГМГПЦ), гидроксиэтилцеллюлозу (ГЭЦ), этилгидроксиэтилцеллюлозу (ЭГЭЦ), гидрофобно-модифицированную гидроксиэтилцеллюлозу (ГМГЭЦ), катионогенную гидрофобно-модифицированную гидроксиэтилцеллюлозу (катионогенную ГМГЭЦ) и анионогенную гидрофобно-модифицированную гидроксиэтилцеллюлозу (анионогенную ГМГЭЦ). Предпочтительным простым эфиром целлюлозы является гидроксиэтилцеллюлоза.

Модификатор реологических характеристик также может представлять собой биополимер. Предпочтительным биополимером является ксантановая камедь.

Одной особенностью настоящего изобретения является то, что клей для обработки поверхности, если он содержит минеральный наполнитель, а также модификатор реологических характеристик, образует жидкие смеси, содержащие минеральный наполнитель в больших концентрациях. Большой концентрацией минерального наполнителя является концентрация минерального наполнителя, равная примерно 20 мас.% или более, предпочтительно - примерно 30 мас.% в пересчете на массу клея для обработки поверхности. Предпочтительным модификатором реологических характеристик является ГЭЦ. Другим предпочтительным модификатором реологических характеристик является ксантановая камедь. Еще более предпочтительным является модификатор реологических характеристик, включающий смесь ГЭЦ и ксантановой камеди.

Для получения клея для обработки поверхности, содержащего минеральный наполнитель в больших концентрациях, некоторое количество воды смешивают с небольшим количеством модификатора реологических характеристик и перемешивают до его растворения. После растворения модификатор реологических характеристик в воде к водному раствору, содержащему модификатор реологических характеристик, при перемешивании с высокой скоростью порциями прибавляют большое количество минерального наполнителя. Для регулирования вязкости водной смеси, содержащей минеральный наполнитель, после прибавления каждой порции ее перемешивают и воздействие сдвигового усилия снижает вязкость. В заключение к смеси прибавляют некоторое количество латексного связующего. Получают стабильную жидкую смесь.

Альтернативной методикой получения клея для обработки поверхности является смешивание некоторого количества воды с латексным связующим с последующим постепенным прибавлением минерального наполнителя и заключительным прибавлением модификатора (модификаторов) реологических характеристик.

На практике композицию клея для обработки поверхности, описанного выше, разбавленную водой до рабочей концентрации, составляющей примерно 2-20 мас.% твердых веществ в пересчете на массу смеси, наносят на поверхность бумаги с помощью любой механической методики, обычно использующейся для обработки бумаги, включая, но не ограничиваясь только ими, использование ракеля, использование валика, использование лопаточного аппликатора или использование распылительного аппликатора. Композицию клея для обработки поверхности наносят на обе внутренние поверхности бумаги, использующейся для изготовления стеновых плит, и предпочтительно сушат на месте, хотя это и не является необходимым, и получают бумагу с обработанной поверхностью. Количество клея для обработки поверхности, использующегося для обработки бумаги, составляет более примерно 0,1 г/м², предпочтительно - в диапазоне от более примерно 0,1 до 4 г/м², предпочтительно - примерно от 0,1 до 2 г/м², более предпочтительно - примерно от 0,5 до 1 г/м², еще более предпочтительно - в диапазоне примерно от 0,2 до 0,5 г/м². После нанесения композиции клея для обработки поверхности в качестве покрытия в этом диапазоне количеств композиция клея для обработки поверхности способствует адгезии слоев бумаги, поверхность которых подвергнута обработке, к гипсовому сердечнику стеновой плиты даже в случае, когда гипс совсем не содержит крахмала или содержит количество крахмала, меньшее, чем в стандартных методиках.

Предпочтительно, чтобы при изготовлении бумаги, поверхность которой подвергнута обработке, клей для обработки поверхности оказывал минимальное влияние на пористость бумаги. Это сохранение пористости бумаги важно для изготовления стеновой плиты, поскольку после нанесения мокрого гипса на обработанную поверхность бумаги вода, находящаяся на этой поверхности, может легко испариться и проникнуть через слои бумаги. Характеристики пористости бумаги можно определить с помощью стандартной методики исследования пористости по Герли с помощью порозиметра Хагерти, находящегося в режиме “low”. Типичное значение пористости по Герли для бумаги с обработанной поверхностью, предлагаемой в настоящем изобретении, менее чем на 20 с отличается от значения для необработанной бумаги для стеновой плиты. Если необходима одностадийная технология, то смеси можно нанести на поверхность бумаги и затем на сторону бумаги, поверхность которой обработана, нанести мокрый гипс.

Бумагу с обработанной с одной стороны поверхностью используют для изготовления стеновых плит с помощью механической технологии, при котором обе стороны слоя мокрого гипса приводят в соприкосновение со стороной бумаги, поверхность которой обработана, и получают конструкцию стеновой плиты, пригодную для применения в строительстве. В контексте настоящего изобретения мокрый гипс не содержит крахмала или содержит количество крахмала, уменьшенное по сравнению с предшествующим уровнем техники. Кроме того, обычно оптимально, если мокрый гипс содержит количество воды, уменьшенное по сравнению с обычно содержащимся в композициях гипса для стандартной стеновой плиты. Поэтому путем использования бумаги, поверхность одной стороны которой подвергнута обработке, и полного или частичного исключения крахмала из состава стеновой плиты получают новую структуру стеновой плиты.

В способе изготовления стеновых плит используют двухстадийную технологию, по которой сначала готовят бумагу, поверхность одной стороны которой подвергнута обработке, предлагаемую в настоящем изобретении, ее сушат и затем объединяют со слоем мокрого гипса и получают стеновую плиту. Альтернативно, используется одностадийная технология, в которой композицию клея для обработки поверхности наносят на поверхность бумаги и до полного высыхания поверхности бумаги на сторону бумаги, поверхность которой подвергнута обработке, наносят мокрый гипс и получают стеновую плиту.

Стеновая плита, которая изготовлена способом, предлагаемым в настоящем изобретении, обладает несколькими преимуществами по сравнению с изготовленной аналогичными способами предшествующего уровня техники, такими как повышенная прочность вследствие меньшего количества воды, использованного для изготовления стеновой плиты, а также экономическими преимуществами. Таким образом, можно предположить, что возможно изменение этого способа, так чтобы изготовить стеновые плиты, обладающие приемлемой прочностью и значительно меньшей плотностью, чем возможная при использовании имеющейся в настоящее время технологии.

Настоящее изобретение дополнительно представлено с помощью приведенных ниже примеров. Эти примеры приведены для иллюстрации настоящего изобретения и, если не указано иное, то содержания, выраженные в частях и процентах, являются массовыми.

Примеры

Сравнительный пример 1

30 мас. частей полугидрата сульфата кальция смешивали с 70 мас. частей воды в смесителе с большим сдвиговым усилием. В течение периода перемешивания, равного пяти (5) мин, образовывался твердый гель, что делало эту композицию непригодной для использования в качестве клея для обработки поверхности. Эта смесь представлена в таблице 1 как композиция 1.

Сравнительный пример 2

5 мас. частей полугидрата сульфата кальция смешивали с 80 мас. частей воды в смесителе с большим сдвиговым усилием. Обнаружено, что смесь быстро загустевала с переходом в очень вязкое состояние, а затем после перемешивания с большим сдвиговым усилием в течение примерно десяти (10) мин повторно диспергировалась. Затем прибавляли еще 5 мас. частей полугидрата сульфата кальция с дополнительным перемешиванием с большим сдвиговым усилием. Эту процедуру повторяли, пока к воде не было прибавлено примерно 20 мас. частей полугидрата сульфата кальция. Таким образом показано, как путем медленного прибавления полугидрата сульфата кальция к воде при перемешивании для диспергирования можно приготовить концентрированную дисперсию частиц гипса. Эта смесь являлась очень вязкой и ее практическое применение являлось ограниченным и она представлена в таблице 1 как композиция 2.

Пример 1

20 мас. частей Airflex® 526 BP, этиленвинилацетатного латекса (выпускающегося фирмой Air Products and Chemicals, Inc.) смешивали с 80 мас. частей воды. Получали стабильную жидкую дисперсию. Эта смесь представлена в таблице 1 как композиция 3.

Пример 2

49,8 мас. частей воды смешивали с 0,2 мас. частей Natrosol® 250H4BXR гидроксиэтилцеллюлозы (выпускающейся фирмой Hercules Incorporated) и перемешивали до растворения. После растворения гидроксиэтилцеллюлозы (ГЭЦ) в воде при перемешивании с высокой скоростью порциями прибавляли 30 мас. частей полугидрата сульфата кальция (гипса). После прибавления каждой последующей порции гипса к водному раствору ГЭЦ сначала вязкость была относительно высокой, но по мере перемешивания воздействие сдвигового усилия вязкость снижалась, так что процедуру считали регулируемой. В заключение к смеси прибавляли 20 мас. частей Airflex® 526 BP, этиленвинилацетатного латекса (выпускающегося фирмой Air Products and Chemicals, Inc.). Получали стабильную жидкую смесь. Эта методика показывала, что путем прибавления полугидрата сульфата кальция к воде, содержащей ГЭЦ, можно получить высококонцентрированную дисперсию частиц гипса. Эта композиция представлена в таблице 1, как композиция 4.

Пример 3

20 частей Airflex® 526 BP, этиленвинилацетатного латекса (выпускающегося фирмой Air Products and Chemicals, Inc.) прибавляли к 49,7 частям воды, затем при перемешивании с высокой скоростью постепенно порциями прибавляли 30 мас. частей полугидрата сульфата кальция. После каждого последовательного прибавления полугидрата сульфата кальция наблюдали лишь небольшое повышение вязкости, что делало эту процедуру очень легко регулируемой. После прибавления всего полугидрата сульфата кальция порциями 0,1 мас. частей Natrosol® 250H4BXR ГЭЦ (выпускающегося фирмой Hercules Incorporated) и 0,2 части Keltrol® RD, ксантановой камеди (выпускающейся фирмой CP Kelco Inc.) и растворяли в смеси в качестве стабилизаторов взвеси гипса и в качестве последнего компонента загрузки. В этом случае вязкость продукта по Брукфилду найдена равной 1000 сП и после 24 ч не наблюдалось осаждения жидкой взвеси. Эта композиция представлена в таблице 1 как композиция 5.

Пример 4

Поверхность стандартной бумаги для стеновой плиты обрабатывают разными смесями на водной основе и затем влажную поверхность бумаги сушат под прямым излучением инфракрасной лампы. Перечень средств, использованных для обработки, приведен в таблице 1, композиции 2-5. Также исследованы два контрольных образца, в том числе а) без обработки поверхности бумаги и б) с обработкой поверхности бумаги только водой. Образцы бумаги, поверхность которых обработана композициями для обработки поверхности, указанными в таблице 1, вводили во взаимодействие с мокрым гипсом, не содержащим крахмала, по описанной ниже методике.

1) Композиции, указанные в таблице 1, разбавляли водой до указанной ниже концентрации активного вещества;

2) Разбавленные композиции наносили на поверхность бумаги с помощью аппарата для нанесения Gardco (выпускающегося фирмой Paul N. Gardner Company, Inc.), сушили с помощью инфракрасной лампы и получали бумагу, поверхность стороны которой была обработана;

3) Стандартный сухой гипс без добавки крахмала прибавляли в количестве 60 мас. частей на 30 мас. частей воды, затем вручную перемешивали стержневой мешалкой в течение 30 с;

4) Мокрую смесь, полученную на стадии 3, с помощью лопатки сразу же переносили в пластмассовую форму глубиной дюйма (0,6 см) и выравнивали ручным инструментом до образования гладкой наружной поверхности;

5) Влажную наружную поверхность гипса сразу же накладывали на сторону бумаги, поверхность которой была обработана;

6) Бумагу и форму помещали в печь при температуре 60°С и сушили до постоянной массы в течение 16 ч;

7) Сформованные образцы бумага/гипс извлекали из печи и вручную отделяли друг от друга. Измеряли относительную площадь слоя бумаги, приклеившейся к гипсовой форме. Таким образом получали выраженную в процентах видимую площадь бумаги, приклеившейся к гипсовой форме.

Для контрольного образца, для которого не проводили обработку поверхности, установлено, что не происходит заметного приклеивания бумаги к гипсу. Для второго контрольного образца, для которого на поверхность бумаги наносили только воду, приклеивание бумаги к гипсу не наблюдается.

В примере 4, в котором для обработки поверхности бумаги использовали только латекс, установлено, что происходит умеренное приклеивание поверхности бумаги. Таким образом, использование только латекса для обработки поверхности бумаги является вариантом осуществления способа, предлагаемого в настоящем изобретении, который является хотя и не оптимальным, но все же пригодным для применения.

В примере 4 установлено, что при использовании бумаги, поверхность которой обработана дисперсией частиц латекса и гипса в качестве клея для обработки поверхности, обеспечивается прочное склеивание бумаги и гипса.

Хотя настоящее изобретение описано, раскрыто и представлено с помощью разных вариантов осуществления или модификаций, которые могут быть использованы на практике, не подразумевается и не должно предполагаться, что они ограничивают объем настоящего изобретения, и в объем настоящего изобретения включены такие другие модификации или варианты осуществления, которые могут следовать из приведенных данных, в особенности те, которые входят в сущность и объем прилагаемой формулы изобретения.