PL217664B1 - Kompozycja zawierająca utwardzony gips ze zblokowaną osnową z utwardzonego gipsu i jej zastosowanie - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku są kompozycje zawierające utwardzony gips ze zblokowaną osnową z utwardzonego gipsu oraz zastosowanie kompozycji do wytwarzania płyt gipsowych. W szczególności, przedmiotem wynalazku są kompozycje z utwardzonego gipsu, które mają zwiększoną odporność na trwałe odkształcenie.

Utwardzony gips (dwuwodzian siarczanu wapnia) jest znanym materiałem, pospolicie zawartym w wielu rodzajach produktów. Przykładowo utwardzony gips jest głównym składnikiem końcowych produktów wytwarzanych przy użyciu tradycyjnych tynków (np. pokryte tynkiem wewnętrzne ściany budynku), jak również w płytach kartonowo-gipsowych, stosowanych w typowej konstrukcji ścian wewnętrznych oraz sufitów w budynkach. Ponadto utwardzony gips jest głównym składnikiem płyt i produktów kompozytowych z gipsu i włókien celulozowych, a ponadto jest zawarty w produktach, które wypełniają i wygładzają połączenia pomiędzy krawędziami płyt gipsowych. Ponadto z wielu specjalistycznych materiałów, takich jak materiały używane do modelowania i wytwarzania form, które są dokładnie obrabiane, powstają produkty, które zawierają duże ilości utwardzonego gipsu.

Zwykle takie produkty zawierające gips wytwarza się przez przygotowanie mieszaniny kalcynowanego gipsu (półwodzian siarczanu wapnia i/lub bezwodnik siarczanu wapnia) i wody (oraz innych składników, jeśli trzeba). Z mieszaniny tej odlewa się żądany kształt lub wylewa się ją na powierzchnię, a następnie pozostawia do utwardzenia (to znaczy powtórnego uwodnienia) gipsu przez reakcję kalcynowanego gipsu z wodą, by powstała osnowa z krystalicznego uwodnionego gipsu (dwuwodzian siarczanu wapnia). To właśnie pożądane uwodnienie kalcynowanego gipsu umożliwia powstanie zblokowanej osnowy z kryształów utwardzonego gipsu, co nadaje wytrzymałość strukturze gipsowej w wyrobie zawierającym gips. Stosuje się umiarkowane ogrzewanie, aby usunąć pozostającą wolną (tj. nie przereagowaną) wodę w celu uzyskania suchego wyrobu.

W przypadku produktów zawierających gips, istotnym problemem jest to, że często podlegają one trwałemu odkształceniu (np. ugięciu), zwłaszcza w warunkach dużej wilgotności, temperatury lub obciążenia. Przykładowo możliwość ugięcia jest szczególnie problematyczna tam, gdzie zawierające gips płyty i płytki są składowane lub wykorzystywane tak, że są one usytuowane poziomo. W związku z tym, jeżeli osnowa z utwardzonego gipsu w tych produktach nie jest wystarczająco odporna na trwałe odkształcenie, produkty te mogą zacząć uginać się w obszarach pomiędzy punktami, w których są one zamocowane lub wsparte przez strukturę umieszczoną pod spodem. Może to być niewidoczne i może spowodować trudności podczas wykorzystywania tych produktów. Ponadto w wielu zastosowaniach produkty zawierające gips muszą nadawać się do przenoszenia obciążeń, np. spowodowanych przez izolację lub kondensację, bez dostrzegalnego ugięcia.

Inny problem, w przypadku produktów zawierających utwardzony gips, jest to, że stałość wymiarów może ulec pogorszeniu podczas ich wytwarzania, obróbki i zastosowania przemysłowego. Przykładowo, przy wytwarzaniu produktów z utwardzonego gipsu w osnowie po utwardzeniu gipsu pozostaje zwykle znaczna ilość swobodnej (to znaczy nie przereagowanej) wody. Po wysuszeniu utwardzonego gipsu w celu usunięcia nadmiaru wody kryształy utwardzonego gipsu tworzące osnowę dążą do zbliżenia się do siebie, gdy woda odparowuje. W związku z tym, gdy woda opuszcza przestrzenie pomiędzy kryształami w gipsowej osnowie, osnowa taka ma tendencję do kurczenia się pod wpływem naturalnych sił występujących w utwardzonym gipsie, które opierały się ciśnieniu włoskowatemu działania wody na kryształy gipsu. Gdy ilość wody w wodnej mieszaninie kalcynowanego gipsu zwiększa się, brak stałości wymiarów staje się coraz poważniejszym problemem.

Stałość wymiarów jest również problematyczna nawet po ostatecznym wysuszeniu produktu, zwłaszcza w warunkach zmieniającej się temperatury i wilgotności, przy których utwardzony gips podlega przykładowo rozszerzaniu i kurczeniu się. Przykładowo, wilgoć wchłonięta w przestrzenie pomiędzy kryształami osnowy gipsowej w płycie gipsowej lub płytce narażonej na dużą wilgotność i temperaturę może pogarszać właściwości płyty, takie jak ugięcie, przez powodowanie rozszerzenia się wilgotnej płyty.

Celem wynalazku jest opracowanie kompozycji z utwardzonego gipsu, pozwalającej na wyeliminowanie wyżej podanych wad, zwłaszcza pozwalającej na uniknięcie lub zmniejszenie do minimum niestałości wymiarów, i która wykazuje lepszą odporność na trwałe odkształcenie (np. ugięcie).

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja zawierająca utwardzony gips ze zblokowaną osnową z utwardzonego gipsu, utworzoną przynajmniej z kalcynowanego gipsu, wody i materiału polepszającego, charakteryzująca się tym, że zawiera co najmniej jeden organiczny związek polifosfoniowy wyPL 217 664 B1 brany z grupy obejmującej kwas aminotri(metylenofosfonowy), sól pentasodową kwasu aminotri(metylenofosfonowego), kwas 1-hydroksyetylideno-1,1-difosfonowy, sól tetrasodową kwasu 1-hydroksyetylideno-1,1-difosfonowego, sól pentasodową kwasu dietylenotriaminopenta(metylenofosfonowego), sól trisodową kwasu dietylenotriaminopenta(metylenofosfonowego), kwas heksametylenodiaminotetra(metylenofosfonowy), oraz sól potasową kwasu heksametylenodiaminotetra(metylenofosfonowego), jako materiał polepszający, w ilości od 0,01% do 5% wagowych w odniesieniu do kalcynowanego gipsu.

Korzystnie, kompozycja zawiera dodatkowo przyspieszacz, korzystnie wybrany z grupy obejmującej dwuwodzian siarczanu wapnia, siarczan glinu, kwaśny siarczan sodu i siarczan cynku.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest kompozycja zawierająca utwardzony gips ze zblokowaną osnową z utwardzonego gipsu, utworzoną przynajmniej z kalcynowanego gipsu, wody i materiału polepszającego, charakteryzująca się tym, że zawiera utwardzony gips został potraktowany mieszaniną wody i co najmniej jednego organicznego związku polifosfoniowego wybranego z grupy obejmującej kwas aminotri(metylenofosfonowy), sól pentasodową kwasu aminotri(metylenofosfonowego), kwas 1-hydroksyetylideno-1,1-difosfonowy, sól tetrasodową kwasu 1-hydroksyetylideno-1,1-difosfonowego, sól pentasodową kwasu dietylenotriaminopenta(metylenofosfonowego), sól trisodową kwasu dietylenotriaminopenta(metylenofosfonowego), kwas heksametylenodiaminotetra(metylenofosfonowy), oraz sól potasową kwasu heksametylenodiaminotetra(metylenofosfonowego) jako materiału polepszającego w ilości od 0,01% do 5% wagowych w odniesieniu do kalcynowanego gipsu.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest zastosowanie kompozycji, określonej powyżej, do wytwarzania płyty gipsowej.

Korzystnie, gdy płyta gipsowa według wynalazku ma odporność na ugięcie według ASTM C473-95 poniżej 0,25 cm (0,1 cala) na 60,1 cm (dwie stopy) długości płyty.

Korzystnie, gdy skurcz płyty wynosi poniżej 0,05 cm (0,02 cala) na 120,2 cm (cztery stopy) szerokości i poniżej 0,13 cm (0,05 cala) na 360 cm (12 stóp) długości.

Nieoczekiwanie stwierdzono, kompozycja zawierająca, jako materiał polepszający, organiczny związek fosfoniowy lub mieszaninę organicznych związków fosfoniowych (tj. pochodnych kwasu H3PO3), ma lepszą odporność na trwałe odkształcenie (np. ugięcie) i/lub lepszą stałość wymiarów. Ponadto, płyty wykonane z tej kompozycji nie kurczą się podczas schnięcia, utrzymują dokładny kształt i proporcje wymiarowe, w związku z czym lepiej służą swym celom (np. przy stosowaniu w modelowaniu lub wytwarzaniu form).

Ewentualnie, kompozycje tworzy się z dodatkowym materiałem polepszającym, stanowiącym związek polifosforanowy (tj. stanowiący pochodną kwasu fosforowego H3PO4), związek karboksylowy (zwłaszcza polikarboksylowy), boran (stanowiący kolemanit) lub ich mieszaniny.

Korzystnie, kompozycja zawiera utwardzony gips (np. ze zblokowaną osnową z utwardzonego gipsu), który jest potraktowany w procesie obróbki po utwardzeniu materiałem polepszającym, który może być wybrany z (i) organicznego związku fosfoniowego lub mieszaniny organicznych związków fosfoniowych; ewentualnie z dodatkiem innych, wyżej wymienionych materiałów polepszających, takich jak (ii) boran, wybrany z uleksytu, kolemanitu albo mieszaniny uleksytu i kolemanitu; (iii) związek karboksylowy lub mieszanina związków karboksylowych, albo mieszaniny ww. materiałów polepszających (ii) oraz (iii).

Jak wyżej podano, korzystnie, kompozycja zawiera utwardzony gips (mający zblokowaną osnową z utwardzonego gipsu), który jest potraktowany w procesie obróbki po utwardzeniu materiałem polepszającym, wybrany z organicznego związku fosfoniowego lub mieszaniny organicznych związków fosfoniowych. Produkt z utwardzonego gipsu nie musi być suchy podczas obróbki po utwardzeniu, chociaż może. Przy obróbce po utwardzeniu może być również stosowany nieorganiczny związek fosforanowy w połączeniu z jednym lub wieloma innymi wymienionymi wyżej dodatkowymi materiałami polepszającymi.

Kompozycja zawierająca utwardzony gips może mieć postać płyty gipsowej.

Korzystnie, kompozycja według wynalazku, zawierająca utwardzony gips ze zblokowaną osnowę z utwardzonego gipsu, jest wykonana z mieszanki (np. zawiesiny) zawierającej wodę i kalcynowany gips. Ten kalcynowany gips może być włóknisty lub niewłóknisty. Korzystnie większość (np. co najmniej 50% wag.) kalcynowanego gipsu jest niewłóknista. W pewnych przykładach wykonania kalcynowany gips jest złożony zasadniczo z niewłóknistego gipsu kalcynowanego. Ponadto kalcynowany gips może być w postaci półwodzianu siarczanu wapnia alfa, półwodzianu siarczanu wapnia beta, rozpuszczalnego w wodzie bezwodnika siarczanu wapnia lub ich mieszanin. W pewnych przykładach

PL 217 664 B1 wykonania większość (np. co najmniej 50% wag.) kalcynowanego gipsu jest półwodzianem siarczanu wapnia beta. W niektórych przykładach wykonania kalcynowany gips jest złożony zasadniczo z półwodzianu siarczanu wapnia beta.

Możliwe jest zastosowanie jednego lub więcej materiałów polepszających, aby nadać kompozycji zawierającej utwardzony gips zwiększoną odporność na ugięcie i/lub stałość wymiarów. Przykładowo, odporność na ugięcie, powodowana przez te materiały polepszające, zwykle czyni kompozycję zawierającą utwardzony gips bardziej stabilną w czasie pod względem kształtu. Przykładowo, odporność na ugięcie nadawana przez materiał polepszający jest korzystna w przezwyciężeniu obecności pewnych soli (np. chlorków), które mogą występować jako zanieczyszczenia w wodnej mieszaninie kalcynowanego gipsu, i które mogą poza tym doprowadzać do ugięcia wyrobu podczas jego stosowania. Ponadto zwiększona stałość wymiarów (np. odporność na skurcz), nadawana przez materiały polepszające, jest korzystna przykładowo przy wytrzymywaniu naprężeń spowodowanych przez schnięcie, podczas przygotowania wyrobu, jak również w wytrzymywaniu rozszerzalności wymiarowej podczas eksploatacji wyrobu.

Korzystnie, materiał polepszający występuje w wodnej mieszaninie kalcynowanego gipsu podczas uwadniania kalcynowanego gipsu w celu wytworzenia gipsu utwardzonego (to znaczy podczas obróbki wstępnego utwardzania). Odpowiednie materiały polepszające obejmują organiczny związek polifosfoniowy lub jego mieszaninę, i ewentualnie dodatkowe ww. materiały polepszające.

Przykładowo, może być stosowany drugi materiał polepszający wybrany spośród związku karboksylowego lub jego mieszaniny; związku polifosforanowego lub jego mieszaniny; albo mieszaniny ww. związków. Korzystnie, mogą być stosowane różne kombinacje materiałów polepszających z tych ww. materiałów polepszających.

Korzystnie, w pewnych obróbkach wstępnego utwardzania, materiał polepszający domieszany do wodnej mieszaniny gipsu kalcynowanego zawiera dodatkowo związek polikarboksylowy lub mieszaninę związków polikarboksylowych; oraz związek polifosforanowy lub mieszaninę związków polifosforanowych.

Gdy materiał polepszający jest zawarty w lub dodany do wodnej mieszaniny kalcynowanego gipsu podczas uwadniania kalcynowanego gipsu, w celu utworzenia gipsu utwardzonego, ten materiał polepszający może być wprowadzany w dowolnym odpowiednim czasie i w wielu różnych postaciach. Przykładowo materiał polepszający może być korzystnie wprowadzony lub dodany do wodnej mieszaniny np. przed lub w czasie, gdy woda i kalcynowany gips są normalnie łączone ze sobą przez zmieszanie (np. w mieszarce). Inną możliwością jest mieszanie materiału polepszającego z surowym gipsem nawet przed jego ogrzewaniem w celu wytworzenia gipsu kalcynowanego, tak że materiał polepszający jest już obecny, kiedy kalcynowany gips jest mieszany z wodą w celu spowodowania powrotnego uwodnienia.

Ponadto materiał polepszający może być doprowadzany (np. przez natrysk) na już wymieszaną wodną mieszaninę kalcynowanego gipsu po jej osadzeniu na arkuszu przykrywającym (np. na ruchomej taśmie). Zwykle drugi arkusz przykrywający umieszcza się potem na osadzonej mieszaninie. W ten sposób roztwór materiału polepszającego wniknie w osadzoną mieszaninę i będzie obecny przy głównym uwadnianiu w celu utworzenia gipsu utwardzonego.

Inne, alternatywne sposoby wprowadzania materiału polepszającego, również mogą być stosowane.

Przykładowo, jeden lub oba arkusze przykrywające mogą być wstępnie powleczone materiałem polepszającym, np. tak, że ten materiał polepszający będzie rozpuszczać się i migrować poprzez mieszaninę przy osadzaniu wodnej mieszaniny kalcynowanego gipsu w kontakcie z tak powleczonym arkuszem przykrywającym.

W przypadku, gdy jako dodatkowy materiał polepszający stosuje się boran, co najmniej część tego boranu może być mieszana, a następnie mielona z materiałem przyspieszającym (tj. z akceleratorem, stanowiącym dwuwodzian siarczanu wapnia) przed wprowadzeniem uzyskanej zmielonej mieszaniny do kompozycji wodnej. Zwykle, materiał przyspieszający oraz boran miesza się ze sobą i następnie miele. Uważa się, że po zmieleniu boran zostaje przymocowany do zewnętrznej powierzchni akceleratora z dwuwodzianu siarczanu wapnia, tworząc co najmniej częściową warstwę powłokową na materiale. Niezależnie jednak od ww. teorii połączenie boranu i akceleratora po zmieleniu działa korzystnie jako akcelerator i zapewnia również wynikowy produkt gipsowy o zwiększonej odporności na ugięcie. Obecność boranu w postaci przynajmniej częściowej powłoki na materiale akceleratora zwiększa aktywność akceleratora poprzez zmniejszenie do minimum szkodliwych oddziaływań aktywPL 217 664 B1 nych miejsc akceleratora z wilgocią (np. podczas składowania), przez co unika się konieczności stosowania dodatkowego materiału powłokowego (np. cukru lub kwasu borowego) i związanych z tym wydatków. Uleksyt i kolemanit są boranami występującymi w naturze i są wytwarzane znacznie taniej niż materiały syntetyczne, takie jak kwas borowy.

Korzystnie mieszanina boranu z materiałem akceleratora jest mielona w warunkach wystarczających do zapewnienia wynikowej zmielonej kompozycji akceleratora o średniej wielkości cząstek mniejszej niż około 5 μm. Korzystnie zmielona kompozycja ma ponadto pole powierzchni co najmniej 7000 cm²/g. Ogólna procedura mielenia przedstawiona jest w patencie US 3,573,947, chociaż, w pewnych przypadkach, grzanie nie jest konieczne do uzyskania opisanego tam akceleratora powleczonego boranem. Uzyskana zmielona mieszanina akceleratora może być następnie dodana do wodnej mieszaniny kalcynowanego gipsu w ilości zapewniającej skuteczne kontrolowanie żądanej prędkości przetwarzania mieszaniny kalcynowanego gipsu w gips utwardzony. Z boranów uleksyt i kolemanit są szczególnie dostosowane do takiego trybu wprowadzania, przy czym najkorzystniejszy jest pierwszy z nich.

Materiał polepszający może być też wprowadzany przy obróbce już uformowanej (lub częściowo uformowanej) kompozycji zawierającej utwardzony gips (to znaczy obróbka po utwardzeniu). Materiały polepszające obejmują organiczny związek fosfoniowy lub jego mieszaninę; oraz ewentualnie drugi materiał polepszający wybrany przykładowo spośród boranu (wybranego z uleksytu, kolemanitu lub ich mieszaniny); związku karboksylowego lub jego mieszaniny; związku fosforanowego lub jego mieszaniny.

Obróbka kompozycji zawierającej utwardzony gips materiałem polepszającym może być przeprowadzana przed lub po wysuszeniu kompozycji zawierającej utwardzony gips (np. w piecu), aby usunąć swobodną (to znaczy nie przereagowaną) wodę. W związku z tym materiał polepszający nakłada się (np. rozpyla lub nasącza w roztworze takim jak wodny roztwór zawierający przykładowo 0,01 do 2% materiału polepszającego) na kompozycję zawierającą utwardzony gips w celu uzyskania żądanej obróbki. Korzystnie obróbkę tę stosuje się przed suszeniem kompozycji zawierającej utwardzony gips. Jeżeli obróbkę tę zastosuje się po suszeniu kompozycji zawierającej utwardzony gips, wówczas ta kompozycja zawierająca utwardzony gips korzystnie jest powtórnie suszona po zastosowaniu tej obróbki (np. gdy kompozycja zawierająca utwardzony gips jest ewentualnie powtórnie wystawiona na działanie wody, np. przez nasiąkanie). Korzystnie materiał polepszający będzie migrować w kompozycję zawierającą utwardzony gips nawet poprzez konwencjonalne arkusze papieru używane przy obróbce utwardzonego gipsu.

Materiał polepszający można dodawać do wodnej mieszaniny kalcynowanego gipsu przed wytworzeniem części utwardzonego gipsu i równocześnie jako obróbkę po utworzeniu części utwardzonego gipsu. W związku z tym obróbka przed utwardzaniem i obróbka po utwardzaniu mogą być przeprowadzane równocześnie. Przykładowo, dodawanie materiału polepszającego podczas utwardzania (np. gdy została utworzona tylko część utwardzonego gipsu) jest obróbką przed utwardzaniem w odniesieniu do tych części utwardzonego gipsu, które muszą być jeszcze utworzone, a obróbką po utwardzeniu w odniesieniu do już utworzonych części utwardzonego gipsu.

Materiał polepszający może być zawarty w dowolnej odpowiedniej ilości. Przykładowo ilość materiału polepszającego korzystnie wybiera się tak, by uzyskać zalety przedmiotowego wynalazku, np. jest to ilość wystarczająca do spowodowania żądanej odporności na ugięcie i/lub stałości wymiarów kompozycji z utwardzonego gipsu. W związku z tym skuteczna ilość materiału polepszającego będzie się zmieniać przykładowo w zależności od ilości zanieczyszczeń, np. anionów chlorkowych itp., w surowcu kalcynowanego gipsu, jak również w zależności od wybranego materiału polepszającego i innych czynników. Przykładowo w obróbce przed utwardzaniem ilość materiału polepszającego zawartego w lub dodanego do wodnej mieszaniny kalcynowanego gipsu korzystnie wynosi 0,01 do 5% wag. kalcynowanego gipsu, a korzystniej ilość materiału polepszającego zawartego w lub dodawanego do wodnej mieszaniny kalcynowanego gipsu wynosi 0,1-2% wag. kalcynowanego gipsu. W obróbce po utwardzeniu ilość materiału polepszającego stosowanego w praktycznej realizacji wynalazku korzystnie wynosi 0,01-5% wag. gipsu, a korzystniej 0,1-2% wag. gipsu.

Materiał polepszający może być dostarczany przy obróbce przed utwardzeniem lub po utwardzeniu przykładowo jako roztwór (np. wodny) zawierający materiał polepszający i/lub jako suchy dodatek. W przypadku dostarczania materiału polepszającego w postaci roztworu stężenie materiału polepszającego w roztworze wybiera się tak, aby zapewnić prawidłową ilość materiału polepszającego w stosunku do ciężaru kalcynowanego gipsu lub utwardzonego gipsu obrabianego jak podano powy6

PL 217 664 B1 żej. W odniesieniu do obróbki po utwardzeniu roztwór stosowany do obróbki korzystnie ma również wystarczającą zawartość wody, by dokładnie zwilżać utwardzony gips (np. w celu równomiernego rozprowadzenia materiału polepszającego w całej gipsowej osnowie).

Jeśli chodzi o materiały polepszające, stosowane organiczne związki fosfoniowe (np. organiczne fosfoniany lub kwasy fosfonowe) zawierają co najmniej jedną grupę funkcyjną RPO3M2, gdzie M oznacza kation, fosfor lub wodór, zaś R oznacza grupę organiczną. Użycie organicznego związku polifosfoniowego jest korzystne zarówno przy obróbce przed utwardzeniem, jak i przy obróbce po utwardzeniu, chociaż organiczny związek monofosfoniowy można wykorzystywać w obróbce po utwardzeniu według wynalazku. Korzystne organiczne związki polifosfoniowe zawierają co najmniej dwie grupy jonowe lub grupy soli fosfonianowej, co najmniej dwie grupy kwasu fosfonowego lub co najmniej jedną grupę jonową lub grupę soli fosfonianowej i co najmniej jedną grupę kwasu fosfonowego. Związek monofosfoniowy użyteczny w obróbce po utwardzeniu według wynalazku zawiera jedną grupę jonową lub grupę soli fosfonianowej, albo co najmniej jedną grupę kwasu fosfonowego.

Wprowadzenie organicznych związków fosfoniowych jako materiału polepszającego jest korzystne, ponieważ związki takie nadają, jak stwierdzono, odporność na ugięcie kompozycjom według wynalazku zawierającym utwardzony gips, np. w warunkach wilgotnych. Ponadto zastosowanie organicznych związków fosfoniowych polepsza również stałość wymiarów, ponieważ uważa się przykładowo, że organiczne związki fosfoniowe pomagają w wiązaniu kryształów w osnowie z utwardzonego gipsu.

Organiczna grupa w organicznych związkach fosfoniowych jest związana bezpośrednio z fosforem (to znaczy bez pośrednictwa tlenu). Przykładowo, organiczne związki fosfoniowe mogą zawierać związki charakteryzujące się następującymi wzorami strukturalnymi:

W tych wzorach strukturalnych R oznacza organiczną cząstkę zawierającą co najmniej jeden atom węgla związany bezpośrednio z atomem fosforu, zaś n oznacza liczbę 1-1000, korzystnie 2-50.

Organiczne związki fosfoniowe obejmują przykładowo kwas aminotri(metylenofosfonowy), sól pentasodową kwasu amino(trimetylenofosfonowego), kwas 1-hydroksyetylideno-1,1-difosfonowy, sól tetrasodową kwasu 1-hydroksyetylideno-1,1-difosfonowego, sól pentasodową kwasu dietylenotriaminopenta(metylenofosfonowego), sól trisodową kwasu dietylenotriaminopenta(metylenofosfonowego), kwas heksametylenodiaminotetra(metylenofosfonowy), sól potasową kwasu heksametylenodiaminotePL 217 664 B1 tra(metylenofosfonowego), itp. W niektórych przykładach realizacji według wynalazku stosowane są fosfoniany DEQUEST® (np. DEQUEST® 2000, DEQUEST® 2006, DEQUEST® 2016, DEQUEST® 2054, DEQUEST® 2060S, DEQUEST® 2066A itp.), dostępne w handlu z firmy Solutia, Inc., St. Louis, Missouri. Inne przykłady odpowiednich organicznych związków fosfoniowych podano przykładowo w patencie US 5,788,857.

Ilość organicznego związku fosfoniowego, użytego do przygotowania kompozycji, jeśli jest on zawarty w wodnej mieszaninie kalcynowanego gipsu przy obróbce przed utwardzeniem, korzystnie wynosi 0,01-1% wag. względem kalcynowanego gipsu, a zwłaszcza 0,05-0,2% wag. względem kalcynowanego gipsu. W obróbce po utwardzeniu ilość organicznego związku fosfoniowego doprowadzonego do kompozycji utwardzonego gipsu korzystnie wynosi 0,01-1% wag. względem gipsu, a zwłaszcza 0,05-0,2% wag. względem gipsu. Przykładowo organiczny związek fosfoniowy może być doprowadzony do kompozycji utwardzonego gipsu poprzez roztwór (np. wodny), zawierający organiczny związek fosfoniowy.

Do stosowania jako dodatkowy materiał polepszający nadają się również związki karboksylowe. Korzystnie związki karboksylowe są rozpuszczalne w wodzie. Użycie związku polikarboksylowego jest korzystne, chociaż w obróbce po utwardzeniu można stosować również związek monokarboksylowy. Związek polikarboksylowy zawiera co najmniej dwie grupy jonowe lub grupy soli karboksylanowej, co najmniej dwie grupy kwasu karboksylowego lub co najmniej jedną grupę jonową lub grupę soli karboksylanowej i co najmniej jedną grupę kwasu karboksylowego. Związek monokarboksylowy nadający się do użycia w obróbce po utwardzeniu zawiera jedną grupę jonową lub grupę soli karboksylanowej lub co najmniej jedną grupę kwasu karboksylowego.

Wprowadzenie związków karboksylowych w charakterze dodatkowego materiału polepszającego jest korzystne, ponieważ związki karboksylowe nadają, jak stwierdzono, kompozycjom zawierającym utwardzony gips, odporność na ugięcie, np. w warunkach wilgotnych. Ponadto zastosowanie związków karboksylowych polepsza również stałość wymiarów, ponieważ uważa się przykładowo, że grupy karboksylowe pomagają w wiązaniu kryształów w osnowie z utwardzonego gipsu. Przykładowo, związek polikarboksylowy może mieć postać poliakrylanu, polimetakrylanu, polietakrylanu itp. W obróbce po utwardzeniu związek karboksylowy dodatkowo może mieć postać cytrynianu (np. soli, takich jak przykładowo cytrynian sodu).

W obróbce przed utwardzeniem związki polikarboksylowe nadające się do użycia korzystnie mają ciężar cząsteczkowy 100000 do 1 miliona. Związki polikarboksylowe o większym ciężarze cząsteczkowym są mniej pożądane ze względu na zbyt dużą lepkość, natomiast związki polikarboksylowe o mniejszym ciężarze cząsteczkowym (stopniowo malejącym poniżej 100000) są mniej skuteczne. W przypadku stosowania związku polikarboksylowego przed utwardzeniem, związek ten ma ciężar cząsteczkowy 200000 do 700000, np. 400000 do 600000. Korzystnie, związkiem karboksylowym jest poliakrylan, który np. ma ciężar cząsteczkowy 200000 do 700.000, zwłaszcza 400000 do 600000.

W przypadku stosowania związku polikarboksylowego po utwardzeniu, związek ten ma korzystnie ciężar cząsteczkowy w zakresie 200 do 1000000, zwłaszcza 200 do 100000 (np. 1000 do 100000 lub 10000 do 100000), albo związek karboksylowy ma ciężar cząsteczkowy w zakresie 100000 do 1000000 (np. 200000 do 700000 lub 400000 do 600000).

Ilość związku karboksylowego, użytego do przygotowania kompozycji, jeśli związek ten jest zawarty w wodnej mieszaninie kalcynowanego gipsu w trakcie obróbki przed utwardzeniem, wynosi 0,01-5% wag. względem kalcynowanego gipsu, a zwłaszcza 0,05-2% wag. względem kalcynowanego gipsu. W obróbce po utwardzeniu ilość związku karboksylowego dostarczonego do kompozycji utwardzonego gipsu korzystnie wynosi 0,01-5% wag. względem gipsu, a zwłaszcza 0,05-2% wag. względem gipsu. Przykładowo związek karboksylowy może być doprowadzany do kompozycji utwardzonego gipsu jako roztwór (np. wodny) zawierający związek karboksylowy.

Dodatkowy materiał polepszający obejmuje również borany, zwłaszcza występujący naturalnie uleksyt (NaCaB₅O₉»8H₂O) oraz kolemanit (Ca₂B₆O₁₁»5H₂O), albo mieszaniny uleksytu i kolemanitu. W niektórych przypadkach uleksyt jest korzystny częściowo ze względu na jego stosunkowo niski koszt. Warto zauważyć, że borany nie są całkowicie rozpuszczalne w wodzie. Nieoczekiwanie, nawet częściowo rozpuszczalne borany, które są związkami poliborowymi, zapewniają żądany stopień oddziaływania, jako materiały polepszające, w kompozycji gipsowej. Jest to tym bardziej nieoczekiwane, że inne całkowicie rozpuszczalne materiały zawierające bor, takie jak kwas borowy, który jest związkiem monoborowym, zapewniają znacznie mniejszy stopień żądanych oddziaływań i nie stanowią zadowalających materiałów polepszających.

PL 217 664 B1

Wprowadzenie boranów, takich jak uleksyt i kolemanit, w charakterze dodatkowych materiałów polepszających jest korzystne, ponieważ stwierdzono, że nadają one kompozycjom zawierającym utwardzony gips odporność na ugięcie nawet w obecności zanieczyszczeń, np. chlorków, w wodnej mieszaninie kalcynowanego gipsu. Odkrycie to jest ważne, ponieważ umożliwia zastosowanie gorszych, a zatem tańszych gatunków kalcynowanego gipsu przy produkcji wyrobów z utwardzonego gipsu, takich jak płyty ścienne, bez żadnego istotnego pogorszenia odporności na ugięcie. Ponadto ww. borany nie opóźniają znacznie formowania utwardzonej kompozycji gipsowej.

Przy obróbce przed utwardzeniem boran można dodawać do wodnej mieszaniny kalcynowanego gipsu w postaci proszku i/lub jako roztwór (np. roztwór wodny). Przykładowo, boran można dodawać po zmieleniu go z akceleratorem (stanowiącym dwuwodzian siarczanu wapnia), jak wyżej opisano. Ponadto, jest możliwe dodawanie boranu stosując obie techniki.

Ilość boranu dodanego do mieszaniny w praktycznej realizacji wynalazku, jeżeli wprowadza się go do wodnej mieszaniny kalcynowanego gipsu w obróbce przed utwardzaniem, korzystnie wynosi 0,1-2% wag. względem kalcynowanego gipsu, a zwłaszcza 0,2-0,5% wag. względem kalcynowanego gipsu. W obróbce po utwardzeniu ilość boranu użytego do obróbki utwardzonego gipsu korzystnie wynosi 0,1-2% wag. względem gipsu, a zwłaszcza 0,2-0,5% wag. względem gipsu. Przykładowo boran może być wprowadzany do kompozycji utwardzonego gipsu jako roztwór (np. wodny) zawierający ten boran.

Dodatkowy materiał polepszający, taki jak nieorganiczne fosforany, może być łączony z innymi opisanymi tu materiałami polepszającymi. Zwłaszcza korzystne są nieorganiczne związki polifosforanowe, chociaż nieorganiczny związek monofosforanowy można zastosować w obróbce po utwardzeniu. W tym przypadku, nieorganiczne związki polifosforanowe wybiera się przykładowo spośród skondensowanych kwasów fosforowych, z których każdy zawiera dwie lub więcej jednostek kwasu fosforowego, soli lub jonów skondensowanych fosforanów, z których każdy zawiera dwie lub więcej jednostek fosforanowych, albo związków zawierających jedną lub więcej jednostek kwasu fosforowego i jedną lub więcej jednostek jonowych lub jednostek soli fosforanowej. Związek monofosforanowy użyteczny w obróbce po utwardzeniu zawiera jedną jednostkę kwasu fosforowego lub jedną jednostkę jonową albo jednostkę soli fosforanowej.

Wprowadzenie takich nieorganicznych fosforanów polepsza ponadto odporność na ugięcie i w odniesieniu do obróbki po utwardzeniu wytrzymałość mechaniczną (np. wytrzymałość na ściskanie) kompozycji zawierającej utwardzony gips. Nieorganiczne fosforany mogą mieć postać następujących soli lub ich fragmentów anionowych: związek trimetafosforanowy (np. sole, takie jak przykładowo trimetafosforan sodu, trimetafosforan wapnia, trimetafosforan sodowo-wapniowy, trimetafosforan potasu, trimetafosforan litu itp.), heksametafosforan sodu, posiadający 6-27 powtarzających się jednostek fosforanowych, polifosforan amonowy posiadający 500-3000 (korzystnie 1000-3000) powtarzających się jednostek fosforanowych, pirofosforan tetrapotasowy, tripolifosforan trisodowo-dipotasowy, tripolifosforan sodu, pirofosforan tetrasodowy, kwaśny pirofosforan sodu lub kwas polifosforowy posiadający dwie lub więcej powtarzających się jednostek kwasu fosforowego. Korzystnie, nieorganiczny związek fosforanowy obejmuje trimetafosforan sodu i/lub polifosforan amonu. Przykładami związków monofosforanowych (nazywanych również związkami ortofosforanowymi), użytecznymi w przykładach obróbki po utwardzeniu, są diwodorofosforan monosodowy, diwodorofosforan monopotasowy i kwas fosforowy.

Ilość takich nieorganicznych fosforanów, jeśli są one wprowadzane w wodnej mieszaninie kalcynowanego gipsu w obróbce przed utwardzaniem, korzystnie wynosi 0,004-2% wag. względem kalcynowanego gipsu, a zwłaszcza 0,04-0,16% wag. względem kalcynowanego gipsu. W obróbce po utwardzeniu, ilość takich nieorganicznych fosforanów wynosi korzystnie 0,004-2% wag. względem gipsu, a zwłaszcza 0,04-0,16% wag. względem gipsu. Przykładowo nieorganiczny fosforan może być doprowadzany do kompozycji utwardzonego gipsu jako roztwór (np. wodny) zawierający fosforan.

Ponadto, ponieważ każdy z materiałów polepszających zmniejsza prędkość uwadniania przy tworzeniu utwardzonego gipsu (i wpływa szkodliwie na wytrzymałość kompozycji zawierającej utwardzony gips), przykładowo w odniesieniu do organicznych związków fosfoniowych, związków karboksylowych i fosforanów (innych niż polifosforan amonowy lub związek trimetafosforanowy), każde takie opóźnienie można zmniejszyć lub nawet przezwyciężyć przez wprowadzenie do mieszaniny przyspieszacza (akceleratora), zwłaszcza dwuwodzianu siarczanu wapnia. Oczywiście można wprowadzać również inne znane przyspieszacze, takie jak siarczan glinu, kwaśny siarczan sodu, siarczan cynku itp.).

PL 217 664 B1

Kompozycja zawierająca utwardzony gips według wynalazku może mieć postać płyty gipsowej, która korzystnie ma odporność na ugięcie określoną według ASTM C473-95 mniejszą niż około 0,254 cm (0,1 cala) na około 0,61 m długości wymienionej płyty. Ponadto płyta gipsowa korzystnie kurczy się podczas jej wytwarzania (np. kiedy mieszanka zawierająca utwardzony gips jest suszona) mniej niż około 0,051 cm (0,02 cala) na około 1,22 m szerokości i mniej niż około 0,127 cm (0,05 cala) na około 3,66 m długości.

Kompozycja gipsowa może również zawierać ewentualne dodatki, takie jak, ale nie ograniczając zakresu, dodatek wzmacniający, spoiwo (np. polimery, takie jak lateks), spieniony perlit, wypełnione powietrzem pory utworzone przez wodną pianę, skrobię, taką jak wstępnie żelatynizowana skrobia, środki przyspieszające, środki opóźniające, środki zwiększające odporność na wodę, środki bakteriobójcze, grzybobójcze, biocydy, matę włóknistą (np. na płycie gipsowej zawierającej kompozycję gipsową według wynalazku), jak również inne dodatki znane specjalistom, albo ich kombinacje.

Jeśli trzeba, kompozycja gipsowa według wynalazku może zawierać dodatek wzmacniający, aby zwiększyć wytrzymałość podczas obróbki. Przykładowo dodatek wzmacniający może zawierać włókna celulozowe (np. włókna papieru), włókna mineralne, inne włókna syntetyczne itp., albo ich kombinacje. Dodatek wzmacniający, taki jak włókna papieru, można stosować w dowolnej odpowiedniej ilości. Przykładowo w pewnych wykonaniach dodatek wzmacniający występuje w ilości 0,1-5% wag. względem utwardzonej kompozycji gipsowej.

Aby ułatwić zmniejszenie gęstości, kompozycja utwardzonego gipsu według wynalazku może ewentualnie zawierać wypełnione powietrzem pory utworzone przez pianę wodną. W szczególności środek spieniający można dodać do wodnej mieszaniny kalcynowanego gipsu podczas wytwarzania. Pożądane jest, by większość środka spieniającego tworzyła pianę, która jest stosunkowo niestabilna w kontakcie z wodną zawiesiną kalcynowanego gipsu. Ponadto mniejsza część środka spieniającego korzystnie wytwarza stosunkowo stabilną pianę. Przykładowo w niektórych realizacjach piana wodna jest wytwarzana za pomocą co najmniej jednego środka spieniającego o wzorze:

CH3(CH2)xCH2(OCH2CH2)yOSO3^-M⁺, w którym M oznacza kation, X oznacza liczbę całkowitą 2-20, Y oznacza liczbę całkowitą 0-10, przy czym liczba ta wynosi 0 w co najmniej około 50% wag. co najmniej jednego środka spieniającego. Korzystnie Y jest 0 w 86-99% wag. co najmniej jednego środka spieniającego.

Ponadto kompozycja gipsowa może ewentualnie zawierać skrobię, taką jak wstępnie żelatynizowana skrobia, albo skrobia modyfikowana kwasem. Wprowadzenie wstępnie żelatynizowanej skrobi zmniejsza lub usuwa ryzyko odwarstwienia się papieru w warunkach zwiększonej wilgotności. Fachowiec zna sposoby wstępnego żelatynizowania surowej skrobi, takiej jak przykładowo gotowanie surowej skrobi w wodzie w temperaturze co najmniej 85°C, albo inne sposoby. Odpowiednie przykłady wstępnie żelatynizowanej skrobi obejmują, ale bez ograniczenia, skrobię PCF1000, dostępną w handlu z firmy Lauhoff Grain Company i skrobie AMERIKOR 818 oraz HQM PREGEL, obie dostępne w handlu z firmy Archer Daniels Midland Company. Jeżeli jest stosowana, wstępnie żelatynizowana skrobia może występować w dowolnej odpowiedniej ilości. Przykładowo, jeżeli jest stosowana, wstępnie żelatynizowana skrobia może występować w ilości 0,1-5% wag. kompozycji.

Kompozycja gipsowa może również zawierać włóknistą matę. Ta włóknista mata może być tkaniną lub włókniną. Korzystnie włóknista mata jest wykonana z materiału, który może kompensować rozszerzalność kompozycji gipsowej podczas uwodnienia. Przykładowo włóknista mata może być w postaci maty papierowej, maty z włókien szklanych lub maty z innych włókien syntetycznych. W pewnych wykonaniach włóknista mata jest włókniną i może zawierać włókna szklane. Korzystnie włóknista mata może być nakładana na powierzchnię i/lub wprowadzana w odlew gipsowy podczas wytwarzania, aby polepszyć integralność i możliwości manipulowania wysuszonym odlewem gipsowym podczas produkcji, przeładunku i zastosowania w terenie. Ponadto włóknistą matę można wykorzystywać jako odsłoniętą powierzchnię w gotowym wyrobie (np. płytka sufitowa) i zapewnia ona wtedy estetycznie przyjemny monolityczny wygląd o pożądanej gładkości. Włóknista mata, jeśli jest stosowana, może mieć dowolną odpowiednią grubość. Przykładowo w niektórych wykonaniach włóknista mata ma grubość około 0,00762 cm (0,003 cala) do około 0,381 cm (0,15 cala).

Zamieszczone w niniejszym opisie skróty mają następujące znaczenia:

OPPC ogólnie oznacza organiczny związek polifosfoniowy;

OPPC1 oznacza kwas aminotri(metylenofosfonowy);

OPPC2 oznacza sól pentasodową kwasu aminotri(metylenofosfonowego);

PL 217 664 B1

OPPC3 oznacza sól tetrasodową kwasu 1-hydroksyetylideno-1,1-difosfonowego;

OPPC4 oznacza sól potasową kwasu heksametylenodiaminotetra(metylenofosfonowego);

OPPC5 oznacza kwas dietylenotriaminopenta(metylenofosfonowy);

OPPC6 oznacza sól trisodową kwasu dietylenotriaminopenta(metylenofosfonowego);

PAA ogólnie oznacza kwas poliakrylowy;

PAA1 oznacza kwas poliakrylowy o ciężarze cząsteczkowym około 2000;

PAA2 oznacza kwas poliakrylowy o ciężarze cząsteczkowym około 30000;

PAA3 oznacza kwas poliakrylowy o ciężarze cząsteczkowym około 250000;

PAA4 oznacza kwas poliakrylowy o ciężarze cząsteczkowym około 450000;

PAA5 oznacza kwas poliakrylowy o ciężarze cząsteczkowym około 750000;

PAA6 oznacza Belclene 283 (dostępny handlowo z firmy FMC Corporation, Princeton, New Jersey);

PAA7 oznacza Belclene 200 (dostępny handlowo z firmy FMC Corporation);

PAA8 oznacza Belsperse 161 (dostępny handlowo z firmy FMC Corporation).

W przykładach zilustrowano oddziaływanie poszczególnych materiałów polepszających na właściwości płyty gipsowej.

P r z y k ł a d 1

Odporność na trwale odkształcenie (odporność płyty gipsowej wykonanej w laboratorium na ugięcie).

Próbki płyt zawierających gips wykonano w laboratorium według wynalazku i porównywano pod względem odporności na trwałe odkształcenie z próbkami płyt wykonanych sposobami i z kompozycji poza zakresem wynalazku.

Próbki wykonano przez zmieszanie w mieszarce 5 I WARING przez 10 sekund przy małej prędkości: 1,5 kg półwodzianu siarczanu wapnia beta; 2 g przyspieszacza twardnienia (akceleratora), zawierającego drobno zmielone cząstki dwuwodzianu siarczanu wapnia powleczone cukrem w celu utrzymania skuteczności i ogrzane, jak ujawniono w opisie patentowym US 3,573,947; 2 I wody z kranu; oraz 0 g dodatku (tj. wytworzono próbki kontrolne bez dodatku materiału polepszającego), 1,5 g organicznego związku polifosfoniowego (jako materiału polepszającego) albo 1,5 g innych dodatków (tj. dodatków wymienionych w tablicy 1, stanowiących materiał polepszający inny niż związki polifosfoniowe). Tak utworzone zawiesiny wylano na tace, by wytworzyć płaskie próbki płyty gipsowej, z których każda miała wymiary 15,2 x 61 x 1,3 cm. Po utwardzeniu półwodzianu siarczanu wapnia z utworzeniem gipsu (dwuwodzian siarczanu wapnia), płyty suszono w temperaturze około 44,4°C w piecu, aż ich ciężar przestał się zmieniać. Zapisano końcowy zmierzony ciężar każdej płyty. Na płyty te nie nałożono warstwy papieru, aby uniknąć wpływu pokrycia papierowego na ugięcie płyt gipsowych w wilgotnych warunkach.

Każdą wysuszoną płytę położono następnie w położeniu poziomym na dwóch podporach o szerokości około 1,3 cm, których długość była większa niż całkowita szerokość płyty, po jednej podporze przy każdym końcu płyty. Płyty pozostawały w tym położeniu przez określony czas (w tym przykładzie 4 dni) w stałych warunkach otoczenia: temperatura około 32,2°C i względna wilgotność 90%. Następnie zmierzono ugięcie płyty jako odległość środka górnej powierzchni płyty od wyimaginowanej poziomej płaszczyzny przechodzącej pomiędzy górnymi krawędziami końców płyty. Odporność osnowy płyty z utwardzonego gipsu na odkształcenie trwałe uważana jest za odwrotnie proporcjonalną do ugięcia płyty. Zatem im większe jest ugięcie, tym mniejsza jest względna odporność na trwałe odkształcenie osnowy z utwardzonego gipsu tworzącej płytę.

W tablicy 1 przedstawiono wyniki badań odporności na trwałe odkształcenie dla wytworzonych jak wyżej podano płyt, tj. dla płyty kontrolnej (bez dodatku materiału polepszającego), oraz dla płyt zawierających materiał polepszający. W tablicy tej wymieniono rodzaj dodatku - materiału polepszającego (kolumna 1), procentową zawartość dodatku (procent wagowy względem ciężaru półwodzianu siarczanu wapnia), końcowy ciężar płyty (po pobraniu wody z otoczenia), oraz zmierzoną wartość ugięcia badanej płyty.

W tych doświadczeniach laboratoryjnych ugięcie określano zgodnie z ASTM C473-95 Badanie Ugięcia przy Dużej Wilgotności, z tym wyjątkiem, że badane płyty gipsowe nie zawierały warstwy papieru i miały wymiary około 0,154 m x około 0,61 m zamiast około 0,305 m x około 0,61 m. Stwierdzono jednak, że ugięcie płyt wykonanych w laboratorium jest skorelowane z ugięciem płyt o wymiarach około 0,305 m x 0,61 m opisanych w badaniu ASTM C 473-95, a jeżeli istnieje jakaś różnica, to różnica ta polega na tym, że ugięcie w przypadku płyt wykonanych w laboratorium jest większe. Jeśli zatem

PL 217 664 B1 płyty według wynalazku, wykonane w laboratorium, spełniają wymagania norm w odniesieniu do odporności na ugięcie, to płyty według wynalazku wykonane zgodnie z ASTM C 473-95 również będą spełniać wymagania norm dotyczące odporności na ugięcie.

T a b l i c a 1

Dodatek obecny w badanych płytach	Zawartość dodatku, % wag. względem kalcynowanego gipsu	Ciężar suchej płyty (g)	Woda pobrana z otoczenia 90/90 (% wag.)	Ugięcie przy dużej wilgotności po 10 dniach (cm)
Bez dodatku (płyta kontrolna)	0,0	536,2	0,15	2,502
Szkło fosforanowe	0,1	538,5	0,24	0,033
Polifosforan amonowy	0,1	534,8	0,42	0,030
Trimetafosforan sodowy	0,1	531,4	0,23	0,089
OPPC1	0,1	539,2	0,15	0,112
OPPC2	0,1	537,1	0,24	0,196
OPPC3	0,1	536,3	0,28	0,297
OPPC4	0,1	541,3	0,13	0,152
OPPC5	0,1	551,2	0,29	0,259
OPPC6	0,1	515,8	0,32	3,183

Dane w tablicy 1 ilustrują, że płyta wykonana przy zastosowaniu organicznych związków polifosfoniowych, jako materiału polepszającego, była znacznie bardziej odporna na ugięcie (a zatem bardziej odporna na trwałe odkształcenie) niż płyta kontrolna. Ponadto płyta wykonana z zastosowaniem niektórych organicznych związków polifosfoniowych miała ugięcie, które było znacznie mniejsze niż około 0,254 cm (0,1 cala) na około 0,61 m długości płyty, co jest niezauważalne dla ludzkiego oka. Inne organiczne związki polifosfoniowe, takie jak OPPC3 i OPPC5, wykazywały wyraźne polepszenie ugięcia w porównaniu z płytą kontrolną.

Przyspieszacze (akceleratory) można do pewnego stopnia wykorzystywać w celu przezwyciężenia opóźnienia i zmniejszenia wytrzymałości, które mogą być spowodowane przez dodatek organicznych związków polifosfoniowych. W przedstawionych powyżej przykładach nie próbowano przezwyciężać takich oddziaływań. Jednakże przy dodaniu akceleratora, w celu przezwyciężenia takich wpływów, płyty wykonane z użyciem któregokolwiek z ww. organicznych związków polifosfoniowych powinny mieć ugięcie mniejsze niż około 0,254 cm (0,1 cala) na 0,61 m długości płyty.

P r z y k ł a d 2

Obróbka dwuwodzianu siarczanu wapnia po utwardzeniu

W pewnych przypadkach odlew z dwuwodzianu siarczanu wapnia jest traktowany wodnym roztworem materiału polepszającego, w celu zwiększenia odporności na trwałe odkształcenie (np. odporności na ugięcie) i stałości wymiarów produktów zawierających utwardzony gips po ich wysuszeniu. W szczególności, obróbka odlewu z dwuwodzianu siarczanu wapnia różnymi materiałami polepszającymi powoduje zwiększenie odporności na trwałe odkształcenie (np. odporności na ugięcie) i stałości wymiarów.

Dodawanie materiału polepszającego do utwardzonego gipsu pozwala na wytworzenie ulepszonych produktów zawierających gips, dla których jest wymagana dokładna kontrola odporności na ugięcie, obejmujących przykładowo płyty, tynki, płytki, kompozyty z gipsu i włókien celulozowych, itd.

Dwa przykładowe sposoby obróbki utwardzonego gipsu są następujące:

PL 217 664 B1

1)

Gips i inne dodatki (suche) plus woda w celu wytworzenia zawiesiny 4Piana (w celu zmniejszenia ciężaru lub gęstości)

Odlewanie gipsu/końcowe utwardzanie i suszenie

Obróbka końcowa materiałem polepszającym (natrysk lub nasączanie)

Φ

Powtórne suszenie odlewu gipsowego i

Ulepszony produkt gipsowy

Gips i inne dodatki (suche) plus woda w celu wytworzenia zawiesiny

Mieszanie (na mokro)

I

Odlewanie gipsu/końcowe utwardzanie

Obróbka końcowa materiałem polepszającym (natryskiwanie powierzchni)

Suszenie produktu gipsowego

Φ

Ulepszony produkt gipsowy

Przy obu powyższych sposobach wodny roztwór materiału polepszające est korzystnie nakładany na utwardzony gips.

Przy obu powyższych sposobach wodny roztwór materiału polepszającego jest korzystnie nakładany na utwardzony gips.

Materiał polepszający natryskiwano na kompozycję z utwardzonego gipsu jako roztwór materiału polepszającego w wodzie. Ilość materiału polepszającego w roztworze oparta jest na ciężarze dwuwodzianu siarczanu wapnia (utwardzonego gipsu).

W laboratorium przygotowano płyty, jak opisano w przykładzie 1 oraz przeprowadzono badanie ugięcia przy dużej wilgotności według ASTM C 473-95 również jak wyjaśniono powyżej w przykładzie 1.

Tablica 3 przedstawia polepszenie ugięcia osiągnięte, gdy dodatkiem - materiałem polepszającym - jest organiczny związek polifosfoniowy. Tablica 4 przedstawia polepszenie ugięcia osiągnięte wtedy, gdy dodatkiem - materiałem polepszającym - jest kwas poliakrylowy. Tablica 5 ilustruje polepszenie ugięcie osiągnięte wtedy, gdy dodatkiem - materiałem polepszającym - jest cytrynian sodu, tj. związek karboksylowy, który zawiera co najmniej dwie grupy karboksylanowe.

T a b l i c a 3

Dodatek obecny w badanych płytach	Zawartość dodatku, % wag. względem kalcynowanego gipsu	Ciężar suchej płyty (g)	Woda pobrana z otoczenia 90/90 (% wag.)	Ugięcie przy dużej wilgotności po 2 tygodniach (cm)
Bez dodatku (płyta kontrolna)	0,0	572,7	0,15	0,724
Trimetafosforan sodowy	0,2	580,7	0,19	0,028

PL 217 664 B1 cd. tablicy 3

OPPC1	0,2	586,9	0,24	0,053
OPPC2	0,2	582,5	0,22	0,074
OPPC3	0,2	573,9	0,26	0,114
OPPC4	0,2	570,7	0,25	0,036
OPPC5	0,2	606,8	0,36	0,030
OPPC6	0,2	583,5	0,26	0,020

Dane w tablicy 3 pokazują, że zastosowanie organicznych polifosfonianów (wobec utwardzon ego gipsu) zapewnia polepszenie ugięcia płyty. Wszystkie płyty wykazywały ugięcie znacznie poniżej wymaganej wartości 0,254 cm (0,1 cala) na 0,61 m długości płyty, kiedy podczas obróbki po utwardzeniu stosowano organiczne polifosfoniany.

T a b l i c a 4

Dodatek obecny w badanych płytach	Zawartość dodatku, % wag. względem kalcynowanego gipsu	Ciężar suchej płyty (g)	Woda pobrana z otoczenia 90/90 (% wag.)	Ugięcie przy dużej wilgotności po 2 tygodniach (cm)
Bez dodatku (płyta kontrolna)	0,0	552,6	0,59	1,077
PAA1	0,2	567,5	1,2	0,109
PAA2	0,08	541	0,7	0,206
PAA3	0,08	551,2	0,67	0,175
PAA4	0,2	544,5	0,6	0,147
PAA5	0,2	569,9	0,3	0,409
PAA6	0,1	552,5	0,2	0,137
PAA7	0,1	552,5	0,2	0,137
PAA8	0,1	553,6	0,5	0,066

Dane w tablicy 4 pokazują, że związki polikarboksylowe (tj. poliakrylany) zapewniają zwiększoną odporność kompozycji z utwardzonego gipsu w obróbce po utwardzeniu. Dane te pokazują, że zastosowanie rozpuszczalnych karboksylanów, tj. PAA1-4, PAA6 oraz PAA7 jest korzystniejsze niż karboksylanów, które nie są zbyt rozpuszczalne w wodzie, np. PAA5, chociaż obróbka za pomocą PAA5 daje płytę o odporności na ugięcie lepszej niż płyta kontrolna.

T a b l i c a 5

Dodatek obecny w badanych płytach	Zawartość dodatku, % wag. względem kalcynowanego gipsu	Ciężar suchej płyty (g)	Woda pobrana z otoczenia 90/90 (% wag.)	Ugięcie przy dużej wilgotności po 2 tygodniach (cm)
Bez dodatku (płyta kontrolna)	0,0	519,4	0,3	3,81
Cytrynian sodu	0,2	569,1	0,4	0,439

Tablica 5 pokazuje nieoczekiwane zalety obróbki po utwardzeniu. Cytrynian sodu jest zwykle uważany za opóźniacz utwardzania, a jego użycie ma szkodliwy wpływ na wytrzymałość i odporność na ugięcie, gdy jest on stosowany jako dodatek przy obróbce przed utwardzeniem. Jednakże przy obróbce po utwardzeniu stwierdzono, że cytrynian sodu zwiększa odporność na ugięcie.

Wszystkie cytowane tu publikacje, łącznie z patentami, zgłoszeniami patentowymi i publi kacj ami, są przywoływane w całości.

Claims (6)

1. Kompozycja zawierająca utwardzony gips ze zblokowaną osnową z utwardzonego gipsu, utworzoną przynajmniej z kalcynowanego gipsu, wody i materiału polepszającego, znamienna tym, że zawiera co najmniej jeden organiczny związek polifosfoniowy wybrany z grupy obejmującej kwas aminotri(metylenofosfonowy), sól pentasodową kwasu aminotri(metylenofosfonowego), kwas 1-hydroksyetylideno-1,1-difosfonowy, sól tetrasodową kwasu 1-hydroksyetylideno-1,1-difosfonowego, sól pentasodową kwasu dietylenotriaminopenta(metylenofosfonowego), sól trisodową kwasu dietylenotriaminopenta(metylenofosfonowego), kwas heksametylenodiaminotetra(metylenofosfonowy), oraz sól potasową kwasu heksametylenodiaminotetra(metylenofosfonowego), jako materiał polepszający, w ilości od 0,01% do 5% wagowych w odniesieniu do kalcynowanego gipsu.

2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że dodatkowo zawiera przyspieszacz, wybrany z grupy obejmującej dwuwodzian siarczanu wapnia, siarczan glinu, kwaśny siarczan sodu i siarczan cynku.

3. Kompozycja zawierająca utwardzony gips ze zblokowaną osnową z utwardzonego gipsu, utworzoną przynajmniej z kalcynowanego gipsu, wody i materiału polepszającego, znamienna tym, że utwardzony gips został potraktowany mieszaniną wody i co najmniej jednego organicznego związku polifosfoniowego wybranego z grupy obejmującej kwas aminotri(metylenofosfonowy), sól pentasodową kwasu aminotri(metylenofosfonowego), kwas 1-hydroksyetylideno-1,1-difosfonowy, sól tetrasodową kwasu 1-hydroksyetylideno-1,1-difosfonowego, sól pentasodową kwasu dietylenotriaminopenta(metylenofosfonowego), sól trisodową kwasu dietylenotriaminopenta(metylenofosfonowego), kwas heksametylenodiaminotetra(metylenofosfonowy), oraz sól potasową kwasu heksametylenodiaminotetra(metylenofosfonoego) jako materiału polepszającego w ilości od 0,01% do 5% wagowych w odniesieniu do kalcynowanego gipsu.

4. Zastosowanie kompozycji, określonej w zastrz. 1, do wytwarzania płyty gipsowej.

5. Zastosowanie z zastrz. 4, znamienne tym, że płyta gipsowa ma odporność na ugięcie według ASTM C473-95 poniżej 0,25 cm na 60,1 cm długości płyty.

6. Zastosowanie z zastrz. 4, znamienne tym, że płyta gipsowa ma skurcz poniżej 0,05 cm na 120,2 cm szerokości i poniżej 0,13 cm na 360 cm długości.