BRPI0614439A2 - polimerização de siloxano em gesso acartonado - Google Patents
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Abstract
POLIMERIZAçAO DE SILOXANO EM GESSO ACARTONADO A polimerização de siloxano é melhorada usando-se uma pasta à base de gesso que inclui estuque, cinza volante de classe C, óxido de magnésio e uma emulsão de siloxano e água. Esta pasta é usada em um método de feitura de artigos de gesso resistentes à água que inclui a feitura de uma emulsão de siloxano e água, então, a combinação da pasta com uma mistura seca de bomba 12, óxido de magnésio e cinza volante de classe C. A pasta então é conformada, conforme desejado, e o estuque é deixado fixar e o siloxano polimerizar. O produto resultante é útil para a feitura de um painel de gesso resistente à água tendo um núcleo que inclui matrizes intertramadas de cristais de di-hidrato de sulfato de cálcio e uma resina de silicone, onde as matrizes intertramadas têm disperso através delas um catalisador compreendendo óxido de magnésio e componentes de uma cinza volante de classe C.
Description
POLIMERIZAÇÃO DE SILOXANO EM GESSO ACARTONADO
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Esta invenção se refere a um método para a fabricaçãode produtos de gesso resistentes à água que incluemsiloxano. Mais especificamente, a presente invenção serefere à adição de um novo catalisador para a cura dosiloxano em um produto de gesso.
Os produtos de construção à base de gesso sãocomumente usados em construção. A parede acartonada feitade gesso é retardante de chama e pode ser usada naconstrução de paredes de quase qualquer formato. É usadaprimariamente como uma parede interna e um produto de teto.
0 gesso tem propriedades de amortecimento de som. Éremendado de forma relativamente fácil ou substituído, casose torne danificado. Há uma variedade de acabamentosdecorativos que podem ser aplicados à parede acartonada,incluindo tinta e papel de parede. Mesmo com todas estasvantagens, ainda é um material de construção relativamentebarato.
O gesso também é conhecido como di-hidrato de sulfatode cálcio, terra alba ou "landplaster". 0 gesso de Paristambém é conhecido como gesso calcinado, estuque, semi-hidrato de sulfato de cálcio, meio-hidrato de sulfato decálcio ou hemi-hidrato de sulfato de cálcio. Gessosintético, o qual é um subproduto de processos dedessulfurização de gás de combustão a partir de usinas deenergia, também pode ser usado. Quando é minerado, o gessobruto geralmente é encontrado em forma de di-hidrato. Nestaforma, há aproximadamente duas moléculas de água associadasa cada molécula de sulfato de cálcio.De modo a produzir a forma de hemi-hidrato, o gessopode ser calcinado para expelir parte da água de hidrataçãopela equação a seguir:
CaS(V2H20->CaSCV1/2H20 + 3/2H2O
Vários produtos úteis de gesso podem ser feitos pelamistura de estuque com água e permitindo que fixe aopermitir que o hemi-hidrato de sulfato de cálcio reaja comágua para conversão do hemi-hidrato em uma matriz decristais de di-hidrato de sulfato de cálcio deintertravamento. Conforme a matriz se forma, a pasta deproduto se torna firme e mantém um formato desejado. Águaem excesso então deve ser removida do produto por secagem.
Na ausência de aditivos para evitar isso, o gessofixado absorve até 50% de seu peso quando imerso em água.
Placas ou painéis que absorvem água incham, tornam-sedeformados e perdem resistência. Esta propriedade éindesejável em produtos que provavelmente ficarão expostosà água. Em tais áreas como banheiros ou cozinhas, a altatemperatura e a umidade são comuns, e as paredes têmprobabilidade de serem respingadas. Nessas áreas, épreferível usar uma placa de gesso que exiba resistência àágua, desse modo se mantendo a resistência e a estabilidadedimensional.
Muitas tentativas foram feitas para melhoria daresistência à água de produtos de gesso. Várioshidrocarbonetos, incluindo cera, resinas e asfalto, foramadicionados à pasta de modo a se imprimir resistência àágua ao produto fixado. 0 uso de siloxanos, os quais formamresinas de silicone em produtos de gesso, para melhoria daresistência à água é bem conhecido.Embora o uso de siloxanos em pastas de gesso seja ummeio útil de se imprimir resistência à água ao produtoacabado, há inconvenientes associados a isso. Quandoadicionado a uma pasta de gesso para a formação de resinasde silicone in situ, o siloxano pode ser lento de curar. 0siloxano forma um silanol reativo intermediário paraproduzir ácido polimetilsilícico, o qual forma retículospara formar a resina de silicone. A reação prosseguelentamente, com freqüência continuando após o gesso serfixado e requerendo de uma a duas semanas para desenvolverplenamente resistência à água. A parede acartonada feitausando-se este método deve ser armazenada por um temposuficiente para que a resistência à água se desenvolva,antes da placa poder ser remetida. Em alguns casos, osiloxano não pode curar em um tempo razoável ou não podecurar plenamente. Nesses casos, a resistência à água não sedesenvolve na placa de gesso até um nível satisfatório.Adicionalmente, uma falha em curar plenamente leva ao usode uma dose maior de siloxano, aumentando o custo dasmatérias-primas.
Catalisadores, tais como óxidos alcalino-terrosos ehidróxidos, são conhecidos por acelerarem a reação de curade siloxano em uma pasta de estuque. Estes catalisadoressão relativamente solúveis em água e elevam o pH da pasta.Um pH alto pode interferir com a reidratação do estuque, epode reagir negativamente com alguns aditivos de paredeacartonada preferidos. Assim, embora a polimerização desiloxano seja promovida, outras considerações tornam o usodestes catalisadores indesejável.
Õxido de magnésio ("MgO") é conhecido por catalisarreações de siloxano, mas quando a reatividade decatalisador é alta o bastante para curar cuidadosamente osiloxano, uma fissuração indesejável resulta. MgO calcinadolevemente tem a atividade necessária para curar siloxanorapidamente, mas a atividade leva a reações colateraisindesejadas. Estas reações colaterais geram hidrogênio, oque causa uma expansão do produto e uma fissuração de gessofixado. MgO calcinado profundamente ou calcinadocompletamente tem reatividade mais baixa, mas resulta em umproduto menos resistente à água. Assim, quando MgO é usadosozinho, é muito difícil equilibrar a atividade catalíticacom a extensão desejada de polimerização de siloxano.
Também há certas fontes de estuque para as quais émuito difícil conduzir a polimerização de siloxano. 0 gessoé uma mistura complexa de sulfato de cálcio em váriasformas, sais e uma variedade de aluminatos, silicatos ealuminossilicatos. Evidentemente, algumas fontes de gessoincluem um ou mais componentes que suprimem a formação daresina de silicone. Quando usados com estes estuques, oscatalisadores conhecidos não chegam ao nível desejado deresistência à água de menos de 5% de absorvância de água.
Assim, há uma necessidade na técnica de um catalisadore de um método de produção de artigos de gesso resistentesà água com resistência à água melhorada a um custorazoável. 0 catalisador deve ser relativamente barato, terboa atividade de polimerização de siloxano com um mínimo dereações colaterais indesejadas. Estas devem ter poucainterferência entre o catalisador e outros aditivos comunsde gesso.
SUMÁRIO DA INVENÇÃOEstas e outras necessidades são atendidas ou excedidaspela presente invenção, a qual acelera a polimerização desiloxano e, em alguns casos, reduz a quantidade de siloxanonecessária para adequação às especificações da ASTM 1398.
Mais especificamente, a polimerização de siloxano émelhorada usando-se uma pasta que inclui estuque, cinzavolante de classe C, óxido de magnésio, e uma emulsão desiloxano e água. Esta pasta é usada em um método defabricação de artigos de gesso resistentes à água, queinclui a fabricação de uma emulsão de siloxano e água,então, a combinação da pasta com uma mistura seca deestuque, óxido de magnésio e cinza volante de classe C. Apasta então é conformada conforme desejado, e o estuque édeixado fixar e o siloxano polimerizar.
O produto resultante é útil para a fabricação de umpainel de gesso resistente à água que tem um núcleo queinclui matrizes intertramadas de cristais de di-hidrato desulfato de cálcio e uma resina de silicone, onde asmatrizes intertramadas têm disperso através delas umcatalisador compreendendo óxido de magnésio e componentesde uma cinza volante de classe C.
A mistura de óxido de magnésio e cinza volante declasse C catalisa a polimerização de siloxano para aceleraro desenvolvimento de resistência à água em um produto feitoa partir da pasta. Os produtos resistentes à água, tal comouma parede acartonada, não precisam ser armazenados porperíodos extensos de tempo esperando pela conclusão dasreações de polimerização do siloxano.
O uso deste catalisador também aumenta a extensão dereação, levando a uma resistência à água melhorada. Aabsorção de água de menos de 5% em peso foi obtenívelusando-se a cinza volante e uma combinação de magnésia,onde ela não tinha sido obtida com qualquer catalisadorsozinho. Assim, além de fazer com que a reação depolimerização se acelere, este catalisador também permiteque o siloxano polimerize mais completamente, permitindoque a quantidade de siloxano seja reduzida, em algunscasos. Uma vez que o siloxano é um dos aditivos de paredeacartonada mais dispendiosos, uma redução na dosagem leva aeconomias no custo das matérias-primas.
Uma outra vantagem da presente invenção é aestabilidade dimensional do produto. Alguns compostosusados para a catalisação desta reação resultam em umaexpansão significativa, conforme o produto secar. Conformeo interior da placa se expande, causa uma fissuração nasuperfície de placa externa, danificando-a. 0 uso de cinzavolante e de óxido de magnésio resulta em muito poucaexpansão e muito pouca fissuração no produto acabado.
Este catalisador de cinza volante e de magnésiacombinados permite uma polimerização satisfatória usando-seuma faixa mais ampla de graus de óxido de magnésio. Emboraa técnica anterior mostre apenas que a magnésia calcinadacompletamente é adequada para atuar como um catalisadorpara a polimerização de siloxano, quando combinada comcinza volante, mesmo o óxido de magnésio calcinadoprofundamente ou calcinado levemente pode ser usado. Esterecurso permite aos fabricantes de produtos de gesso umaliberdade adicional na seleção de fontes de óxido demagnésio a serem usadas na pasta.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃOA presente invenção contempla amplamente a melhoria daresistência ã água de artigos à base de gesso pela adiçãode um siloxano polimerizável à pasta usada para afabricação dos artigos à base de gesso. Preferencialmente,o siloxano é adicionado na forma de uma emulsão. A pastaentão é conformada e seca para a formação de uma resina desilicone altamente reticulada. Um catalisador o qualpromove a polimerização do siloxano para a formação de umaresina de silicone altamente reticulada é adicionado àpasta de gesso.
Preferencialmente, o siloxano é geralmente um siloxanode hidrogênio modificado linear fluido, mas também pode serum siloxano de hidrogênio modificado cíclico. Essessiloxanos são capazes de formarem resinas de siliconealtamente reticulada. Esses fluidos são bem conhecidos poraqueles de conhecimento comum na técnica e estãocomercialmente disponíveis e são descritos na literatura depatente. Tipicamente, os siloxanos de hidrogêniomodificados lineares úteis na prática da presente invençãocompreendem aqueles tendo uma unidade de repetição dafórmula geral:
<formula>formula see original document page 8</formula>
onde R representa um radical de hidrocarbonetomonovalente saturado ou insaturado. Nas modalidadespreferidas, R representa um grupo alquila e, maispreferencialmente, R é um grupo metila. Durante umapolimerização, os grupos terminais são removidos porcondensação e os grupos siloxano são ligados em conjuntopara a formação da resina de silicone. Uma formação deretículo das cadeias também ocorre. A resina de siliconeresultante imprime resistência à água à matriz de gesso,conforme ela se formar.
Os artigos resistentes à água à base de gesso dapresente invenção preferencialmente são feitos com umfluido de siloxano de metil-hidrogênio sem solvente vendidosob o nome SILRES BS 94 pela Wacker-Chemie GmbH (Munique,Alemanha) como o siloxano. O fabricante indica que esteproduto é um fluido de siloxano não contendo água ousolventes. É contemplado que em torno de 0,3 a 1% dosiloxano BS 94 possa ser usado, com base no peso dosingredientes secos. É preferido usar de em torno de 0,4 aem torno de 0,8% do siloxano com base no peso de estuqueseco.
Após a pasta ser formada, o siloxano é formado em umaemulsão ou uma suspensão estável com água. Várias emulsõesde siloxano são contempladas para uso nesta pasta. Asemulsões de siloxano em água também estão disponíveis paracompra, mas elas podem incluir agentes de emulsificação quetendem a modificar as propriedades dos artigos de gesso,trilho lateral como a ligação de papel em produtos deparede acartonada. Emulsões ou suspensões estáveispreparadas sem o uso de emulsificantes são preferidas,portanto. Preferencialmente, uma suspensão é formada insi tu pela mistura do fluido de siloxano com água. Éessencial que a suspensão de siloxano seja estável atéatingir o misturador de pinos e que ela permaneça bemdispersa sob as condições da pasta. A suspensão ou emulsãode siloxano deve permanecer bem dispersa na presença deaditivos opcionais, tais como aceleradores de fixação, queestiverem presentes na pasta. A suspensão ou emulsão desiloxano também deve permanecer estável através das etapasnas quais os artigos à base de gesso são formados também.Preferencialmente, a suspensão permanece estável por maisde 40 minutos. Mais preferencialmente, ela permaneceestável por pelo menos uma hora. Na discussão e nasreivindicações que se seguem, pretende-se que o termo"emulsão" inclua emulsões e suspensões verdadeiras quesejam estáveis pelo menos até o estuque estar 50% fixado.
Em uma modalidade preferida, pelo menos uma porção daágua de amassamento ("gauging water") é continuamentealimentada para um misturador de cisalhamento alto. Umfluido de siloxano é medido no misturador de cisalhamentoalto com a água para a formação de emulsão em de 1 a 2segundos. A proporção de água para siloxano não é crítica,e uma mistura de 25 partes de água para uma parte desiloxano é conhecida por ser útil. Esta emulsão é estávelpor vários minutos, sem a adição de um emulsificante, longoo bastante para a mistura da pasta, a formação do artigo epara permitir que ele comece a fixar. Na alternativa, o usode uma porção da água de amassamento para a formação daemulsão também é contemplado. Um turbilhão descendente("slip stream") da água de amassamento é combinada com osiloxano no misturador de cisalhamento alto. A emulsão desiloxano então preferencialmente é adicionada à água deamassamento, antes da pasta ser formada, para prover temposuficiente para que a emulsão de siloxano se misturecompletamente com a água para a formação da pasta e sejauniformemente dispersa completamente nos artigosresultantes.
Embora não desejando ser limitado pela teoria,acredita-se que uma resistência à água se desenvolva quandoo siloxano cura na parede acartonada formada. A reação depolimerização prossegue lentamente por si mesma, requerendoque a parede acartonada seja armazenada por um temposuficiente para o desenvolvimento de resistência à águaantes da remessa. Os catalisadores são conhecidos poracelerarem a reação de polimerização, reduzindo oueliminando o tempo necessário para o armazenamento doproduto de parede acartonada, conforme a resistência à águase desenvolve. O uso de óxido de magnésio calcinadocompletamente para polimerização de siloxano é descrito naU.S. co-pendente N0 de Série 10/917.177, intitulada "Methodof Making Water-Resistant Gypsum-Based Article",incorporada aqui como referência. O óxido de magnésiocalcinado completamente é insolúvel em água e interagemenos com outros componentes da pasta. Ele acelera a curado siloxano e, em alguns casos, faz com que o siloxano curemais completamente. Está comercialmente disponível com umacomposição consistente. Uma fonte particularmente preferidade óxido de magnésio calcinado completamente é BAYMAG 96.Ele tem uma área superficial BET de pelo menos 0,3 m2/g. Aperda na ignição é menor do que 0,1% em peso. O óxido demagnésio preferencialmente é usado em quantidades de emtorno de 0,1 a em torno de 0,5% com base no peso seco deestuque.
Há pelo menos três graus de óxido de magnésio nomercado, dependendo da temperatura de calcinação. O óxidode magnésio "calcinado completamente" é calcinado entre1500 °C e 2000 °C, eliminando a maior parte, se não toda,da reatividade. MagChem P98-PV (Martin Marietta MagnesiaSpecialties, Bethesda, MD) é um exemplo de um óxido demagnésio "calcinado completamente". BayMag 96 (Baymag, Inc.
of Calgary, Alberta, Canadá) e MagChem 10 (Martin MariettaMagnesia Specialties, Bethesda, MD) são exemplos demagnésia "calcinada profundamente". O óxido de magnésio"calcinado profundamente" é calcinado a uma temperatura de1000 °C a em torno de 1500 °C. Ele tem uma faixa estreitade reatividade, uma alta densidade e normalmente é usado emaplicações em que uma degradação lenta ou uma reatividadequímica é requerida, tal como em alimento de animais efertilizante. 0 terceiro grau é uma magnésia "calcinadalevemente" ou "cáustica", produzida pela calcinação a15 temperaturas de em torno de 7 000C a em torno de 1000°C.Este tipo de magnésia é usado em uma faixa ampla deaplicações, incluindo plásticos, borracha, papel eprocessamento de polpa, aditivos de caldeira de aço,adesivos e neutralização de ácido. Os exemplos de magnésiacalcinada levemente incluem BayMag 30, BayMag 40, e BayMag3 0 (-325 de malha) (BayMag, Inc. de Calgary, Alberta,Canadá).
Foi descoberto que os catalisadores preferidos sãofeitos de uma mistura de óxido de magnésio e cinza volantede classe C. Quando combinados desta maneira, qualquer umdos graus de óxido de magnésio é útil. Contudo, os óxidosde magnésio calcinados completamente e calcinadosprofundamente são preferidos, devido à reatividadereduzida. A reatividade relativamente alta de óxidos demagnésio pode levar a reações de fissuração, as quaisproduzem hidrogênio. Conforme o hidrogênio é gerado, oproduto se expande, causando fissuras onde o estuque foifixado. Uma expansão também causa uma ruptura dos moldesnos quais o estuque é vazado, resultando em perda dedetalhe e deformação do produto em uma ou mais dimensões.
Preferencialmente, BayMag 96, MagChem P98-PV e MagChem 10são as fontes preferidas de óxido de magnésio.
Preferencialmente, o óxido de magnésio e a cinza volantesão adicionados ao estuque antes de sua adição à água deamassamento. Os componentes secos, tais como estes, sãofreqüentemente adicionados ao estuque conforme ele se moveao longo de um transportador para o misturador.
Uma cinza volante preferida é uma cinza volante declasse C. A cinza volante hidráulica de classe C ou seuequivalente é o componente mais preferido de cinza volante.
Uma composição típica de cinza volante de classe C émostrada na Tabela 1. Uma cinza volante de alto teor decal, maior do que 20% de cal em peso, a qual é obtida apartir do processamento de certos carvões. A designação C-618 da ASTM, incorporada aqui como referência, descreve ascaracterísticas da cinza volante de classe C. Uma cinzavolante de classe C preferida é suprida pela Bayou AshInc., Big Cajun, II, LA. Preferencialmente, a cinza volanteé usada em quantidades de em torno de 0,1% a em torno de 5%com base no peso seco de estuque. Mais preferencialmente, acinza volante é usada em quantidades de em torno de 0,2% aem torno de 1,5% com base no peso seco de estuque.
TABELA I
Composição Típica de Cinza Volante de Classe C
<table>table see original document page 13</column></row><table><table>table see original document page 14</column></row><table>
A catálise do siloxano resulta em uma polimerizaçãomais rápida e mais completa e na formação de retículo dosiloxano para a formação da resina de silicone. Ahidratação do estuque forma uma matriz de intertravamentode cristais de di-hidrato de sulfato de cálcio. Enquanto amatriz de gesso está se formando, as moléculas de siloxanotambém estão formando uma matriz de resina de silicone. Umavez que estas são formadas simultaneamente, pelo menos emparte, as duas matrizes se tornam entrelaçadas uma naoutra. Água em excesso e aditivos à pasta, incluindo acinza volante, o óxido de magnésio e aditivos descritosabaixo, os quais foram dispersos por toda a pasta, tornam-se dispersos por todas as matrizes nos espaçosintersticiais.
Quando usada para a fabricação de uma placa de gesso,vários aditivos são úteis para melhoria das propriedades doartigo acabado. Quantidades tradicionais de aditivos sãousadas. Exceto conforme citado, não há interaçõesconhecidas do catalisador ou de um polissiloxano queinterfiram com os aditivos. As quantidades de váriosaditivos são reportadas como "lbs/MSF", o que significalibras de aditivo por mil pés quadrados de placa (1 lb/1000ft2 = 0,4882 kg/cm2).
Algumas modalidades da invenção empregam um agente deformação de espuma para a produção de vazios no produtocontendo gesso fixado para a provisão de um peso mais leve.Nestas modalidades, qualquer um dos agentes de formação deespuma convencionais conhecidos por serem úteis napreparação de produtos de gesso fixados de espuma pode serempregado. Muitos desses agentes de formação de espuma sãobem conhecidos e estão prontamente disponíveiscomercialmente, por exemplo, a linha de sabões HYONIC daGEO Specialty Chemicals, Ambler, PA. As espumas e um métodopreferido para preparação de produtos de gesso de espumasão mostrados na Patente U.S. N0 5.683.635, incorporadaaqui como referência.
Os dispersantes são usados para melhoria dafluibilidade da pasta e para redução da quantidade de águausada para a fabricação da pasta. Qualquer dispersanteconhecido é útil, incluindo policarboxilatos, melaminassulfonadas ou sulfonato de naftaleno. 0 sulfonato denaftaleno é o dispersante mais preferido e é usado emquantidades de em torno de 0 lb/MSF a 18 lb/MSF (de 0 a87,9 g/m2), preferencialmente de em torno de 4 lb/MSF a emtorno de 12 lb/MSF (de em torno de 19,5 g/m2 a em torno de58,6 g/m2). Um dispersante de sulfonato de naftalenopreferido é o Dispersante DAXAD (Dow Chemical, Midland,MI).
A água é adicionada à pasta em qualquer quantidade quetorne uma pasta fluível. A quantidade de água a ser usadavaria grandemente de acordo com a aplicação com a qual elaestiver sendo usada, o dispersante exato sendo usado, aspropriedades do estuque e os aditivos sendo usados. Arelação de água para estuque ("WSR") para parede acartonadapreferencialmente é de em torno de 0,2 a em torno de 1,2,com base no peso seco de estuque. Comumente, uma WSR de emtorno de 0,4 a 0,9 é preferida. A água usada para afabricação da pasta deve ser tão pura quanto prático paraum melhor controle das propriedades da pasta e da argamassafixada. Sais e compostos orgânicos são bem conhecidos paraa modificação do tempo de fixação da pasta, variandoamplamente dos aceleradores para a fixação de inibidores.Algumas impurezas levam a irregularidades na estrutura,conforme a matriz de intertravamento de cristais de di-hidrato se formar, reduzindo a resistência do produtofixado. A resistência de produto e a consistência assim sãomelhoradas pelo uso de água, que é tão sem contaminantequanto praticável.
O estuque, também conhecido como hemi-hidrato desulfato de cálcio ou gesso calcinado, está presente emquantidades de pelo menos 50% dos materiais secos.Preferencialmente, a quantidade de estuque é de pelo menos80%. Em muitas formulações de parede acartonada, o materialde componente seco é mais do que 90% ou mesmo 95% de hemi-hidrato de sulfato de cálcio. 0 método de calcinação não éimportante, e um estuque alfa ou beta calcinado é adequado.
O uso de anidrato de sulfato de cálcio também écontemplado, embora seja preferencialmente usado emquantidades menores de menos de 20%.
Um composto de trimetafosfato é adicionado à pasta degesso em algumas modalidades para melhoria da resistênciado produto e para melhoria da resistência a um abaulamentodo gesso fixado. Preferencialmente, a concentração docomposto de trimetafosfato é a partir de em torno de 0,07%a em torno de 2,0%, com base no peso do gesso calcinado. Ascomposições de gesso incluindo compostos de trimetafosfatosão mostradas nas Patentes U.S. N0 6.342.284 e 6.632.550,ambas incorporadas aqui como referência. Os sais detrimetafosfato de exemplo incluem sais de sódio, potássioou litio de trimetafosfato, tais como aqueles disponíveis apartir de Astaris, LLC., St. Louis, MO. Deve-se ter cuidadoquando do uso do trimetaf osf ato com cal ou outrosmodificadores para elevação do pH da pasta. Acima de um pHde em torno de 9,5, o trimetafosfato perde sua capacidadede aumentar a resistência do produto, e a pasta se tornaseveramente retardante.
Outros aditivos também são adicionados à pasta, como étípico para a aplicação em particular na qual a pasta degesso será colocada. Retardantes de fixação (até em tornode 2 lb/MSF (9,8 g/m2)) ou aceleradores secos (até em tornode 35 lb/MSF (170,9 g/m2)) são adicionados para modificaçãoda taxa na qual as reações de hidratação ocorrem. "CSA" éum acelerador de fixação compreendendo 95% de di-hidrato desulfato de cálcio co-triturado com 5% de açúcar e aquecidopara 240 0F (121 °C) para caramelização do açúcar. 0 CSAestá disponível a partir da USG Corporation, Southard, OKplant, e é feito de acordo com a Patente U.S. N0 3.573.947,aqui incorporada como referência. Sulfato de potássio é umoutro acelerador preferido. O HRA é um di-hidrato desulfato de cálcio recentemente triturado com açúcar a umarelação de em torno de 5 a 25 libras (2,27 a 11,34 kg) deaçúcar por 100 libras (45,36 kg) de di-hidrato de sulfatode cálcio. É adicionalmente descrito na Patente U.S. N°2.078.199, incorporada aqui como referência. Ambos estessão aceleradores preferidos.
Um outro acelerador, conhecido como acelerador degesso úmido ou WGA, também é um acelerador preferido. Umadescrição do uso e um método para a fabricação doacelerador de gesso úmido são mostrados na Patente U.S. N°6.409.825, incorporada aqui como referência. Esteacelerador inclui pelo menos um aditivo selecionado apartir do grupo que consiste em um composto fosfônicoorgânico, um composto contendo fosfato ou misturas dosmesmos. Este acelerador em particular exibe longevidadesubstancial e mantém sua efetividade ao longo do tempo, demodo que o acelerador de gesso úmido possa ser feito,armazenado e mesmo transportado por longas distâncias,antes do uso. O acelerador de gesso úmido é usado emquantidades que variam de em torno de 5 a em torno de 80libras por mil pés quadrados (24,3 a 390 g/m2) de produtode placa.
Outros aditivos potenciais para a parede acartonadasão biocidas para redução do crescimento de mofo ou fungos.Dependendo do biocida selecionado e do uso pretendido paraa parede acartonada, o biocida pode ser adicionado àcobertura, ao núcleo de gesso ou a ambos. Os exemplos debiocidas incluem ácido bórico, sais de piritiona e sais decobre. Os biocidas podem ser adicionados à cobertura ou aonúcleo de gesso. Quando usados, os biocidas são usados nascoberturas em quantidades de menos de 500 ppm. A piritionaé conhecida por vários nomes, incluindo 2-mercaptopiridina-N-óxido; 2-piridinatiol-l-óxido (Registro CAS N0 1121-31-9) ; l-hidroxipiridina-2-tiona e 1 hidróxi-2(IH) -piridinationa (Registro CAS N0 1121-30-8). O derivado desódio (C5H4NOSNa), conhecido como piritiona de sódio(Registro CAS N° 3811-73-2), é uma modalidade deste sal queé particularmente útil. Os sais de piritiona estãocomercialmente disponíveis a partir da Arch Chemicals, Inc.de Norwalk, CT, tais como Sodium OMADINE ou Zinc OMADINE.
Além disso, a composição de gesso opcionalmente podeincluir um amido, tal como um amido pré-gelatinizado ou umamido modificado com ácido. Os amidos são usados emquantidades de em torno de 3 a em torno de 20 lbs/MSF (14,6a 97,6 g/m2) para aumento da ligação de papel e aumentar aresistência do produto. A inclusão do amido pré-gelatinizado aumenta a resistência do fundido de gessofixado e seco e minimiza ou evita o risco de deslaminaçãode papel sob condições de umidade aumentada (por exemplo,com respeito a relações elevadas de água para gessocalcinado). Alguém de conhecimento comum na técnicaapreciará métodos de pré-gelatinização de amido bruto, taiscomo o cozimento do amido bruto em água a temperaturas depelo menos em torno de 1850F (85°C) ou outros métodos. Osexemplos adequados de amido pré-gelatinizado incluem, masnão estão limitados a Amido PCF 1000, comercialmentedisponível a partir da Lauhoff Grain Company e amidosAMERIK0R 818 e HQM PREGEL, ambos comercialmente disponíveisa partir da Archer Daniels Midland Company. Caso incluído,o amido pré-gelatinizado está presente em qualquerquantidade adequada. Por exemplo, caso incluído, o amidopré-gelatinizado pode ser adicionado à mistura usada para aformação da composição de gesso fixada, de modo que estejapresente em uma quantidade de em torno de 0,5% a em tornode 10% em peso da composição de gesso fixada. Os amidos,tal como USG95 (United States Gypsum Company, Chicago, IL),são opcionalmente adicionados para aumento da resistênciade núcleo.
Outros aditivos conhecidos podem ser usados, conformenecessário, para modificação das propriedades específicasdo produto. Açúcares, tal como dextrose, são usados paramelhoria da ligação de papel nas extremidades das placas.Emulsões de cera ou siloxanos são usados para resistência àágua. Se uma rigidez for necessária, ácido bórico écomumente adicionado. Um retardo de chama pode sermelhorado pela adição de vermiculita. Estes e outrosaditivos conhecidos são úteis nas presentes formulações depasta e parede acartonada. As fibras de vidro sãoopcionalmente adicionadas à pasta em quantidades de até 11lb/MSF (54 g/m2). Até 15 lb/MSF (73,2 g/m2) de fibras depapel também são adicionados à pasta. As emulsões de cerasão adicionadas à pasta de gesso em quantidades de até 90lb/MSF (439 g/m2) para melhoria da resistência à água dopainel de placa de gesso acabado.
Em operação, um turbilhão descendente é tomado apartir da água de amassamento e combinada com siloxano eágua em um misturador de alto cisalhamento para formar aemulsão de siloxano. Os dois componentes são misturados porvários minutos até uma emulsão estável ser formada. Apartir do misturador de cisalhamento alto, a emulsão vaidiretamente para o misturador de pasta, onde ela écombinada com o restante da água de amassamento.
Enquanto isso, o estuque é movido em direção a ummisturador de pasta. Antes da entrada no misturador,aditivos secos, tais como amidos, ou aceleradores defixação, são adicionados ao estuque em pó. Alguns aditivossão adicionados diretamente ao misturador através de umalinha em separado. Para a maioria dos aditivos, não há umponto critico com referência à colocação dos aditivos napasta, e eles podem ser adicionados usando-se qualquer queseja o equipamento ou método que seja conveniente.
Após a mistura, a parede acartonada opcionalmente temespuma adicionada para diminuição da densidade do produto.A espuma é gerada pela combinação de sabão e água. A espumaentão é injetada na pasta de gesso em movimento após elasair do misturador através de uma mangueira ou calha. 0anel de espuma é um aparelho que tem múltiplas janelas quesão dispostas em um anel perpendicular ao eixo geométricoda mangueira, de modo que a espuma seja forçada sob pressãopara a pasta de gesso, conforme ela passar pelo anel deespuma.
Quando a espuma e a pasta tiverem sido colocadas emconjunto, a pasta resultante se moverá em direção a e serávazada em um transportador revestido com uma peça dematerial de faceamento. Uma outra peça de material defaceamento é colocada no topo da pasta, formando umsanduíche com a pasta entre os dois materiais defaceamento. O sanduíche é alimentado para uma placa deformação, cuja altura determina a espessura da placa. Emseguida, o sanduíche contínuo é cortado em comprimentosapropriados na lâmina de corte, usualmente de oito pés adoze pés (de 2,44 a 3,66 metros).
As placas então são movidas para um forno parasecagem. As temperaturas no forno tipicamente variam de 450°F a 500 °F (de 2 04,4 °C a 260 °C) no máximo.
Preferencialmente, há três ou mais zonas de temperatura noforno. Na primeira zona contatada pela placa úmida, atemperatura aumenta para a temperatura máxima, enquanto atemperatura diminui lentamente nas duas últimas zonas. Osoprador da primeira zona é posicionado na saída da zona,soprando o ar em contracorrente com a direção de curso daplaca. Nas segunda e terceira zonas, os sopradores estãolocalizados na entrada para a zona, dirigindo o ar quenteem co-corrente com o curso da placa. Um aquecimento que émenos severo na última zona impede uma calcinação das áreassecas da placa, causando uma ligação de papel ruim. Umtempo de residência típico no forno é de em torno dequarenta minutos, mas o tempo variará, dependendo dacapacidade da linha, da umidade da placa e de outrosfatores.
EXEMPLO 1
Dois gramas de óxido de magnésio calcinadocompletamente BAYMAG 3 0 e 4 gramas de cinza volante declasse C foram adicionados a 500 gramas de estuque a partirde cada uma de várias fontes especificadas na Tabela II.
Estes componentes secos foram colocados em um saco plásticoe agitados para se misturá-los. Uma emulsão foi preparadapela mistura de 3,2 gramas de siloxano BS 94 e 550 gramasde água por 2,5 minutos em um Misturador Silverson de altocisalhamento (Silverson Machines, East Longmeadow, MA) . Aemulsão foi transferida para um combinador Waring de 1litro a 7500 rpm (Waring Products, Inc., Torrington, CT)por 10 segundos. A pasta então foi fundida em um molde decubo de 2" χ 2" χ 2" (5,08 cm χ 5,08 cm χ 5,08 cm). Apósfixados, os cubos foram desmoldados e colocados em um fornopara secagem para um peso constante a 110 0F (43,3 °C). Oscubos secos foram mergulhados em água por duas horas para oteste de absorção de água conforme especificado na ASTMC13 96, incorporada aqui como referência. O ganho de pesodurante o mergulho foi usado para o cálculo da absorção deágua.
TABELA II
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Este exemplo demonstra a capacidade desta combinaçãode catalisador de reduzir a absorção de água para menos de
5% em uma variedade de estuques.
EXEMPLO 2
Tentativas em escala comercial foram feitas para setestar o comportamento de uma pasta incluindo siloxano a 12lb/MSF (58,6 g/m2), e tendo óxido de magnésio e cinzavolante, conforme indicado na Tabela III. A cinza volante eo óxido de magnésio foram adicionados ao estuque antes daentrada no misturador. A marca e o tipo de óxido demagnésio calcinado também são mostrados na Tabela III.
Um siloxano foi adicionado à água de amassamento emisturado em um misturador de cisalhamento alto para aformação de uma emulsão. Esta emulsão e os componentessecos foram combinados no misturador de estuque até umapasta homogênea ter sido formada, e a pasta foi depositadaem um papel de face em um transportador. Um papel traseirofoi colocado no topo da pasta e o sanduíche foi alimentadopara um rolo de formação que aplainou o sanduíche para umaespessura uniforme de 1A polegada (1,27 cm). Quando a pastaestava suficientemente fixada para manter seu formato, aplaca contínua foi cortada em comprimentos de 8 pés (2,44metros).
TABELA III
<table>table see original document page 24</column></row><table><table>table see original document page 25</column></row><table>
Quando a cinza volante foi adicionada ao óxido demagnésio calcinado completamente MagChem 10, a resistênciaà água melhorou mais de 25%. A mesma comparação se mantémquando a mesma quantidade de cinza volante foi adicionada a3 lb/MSF (14,65 g/m2) de BayMag 30 também funciona melhordo que 4 lb/MSF (19,53 g/m2) de BayMag 30 sozinho.
EXEMPLO 3
Os cubos foram feitos de acordo com o Exemplo 1,usando-se estuque Shoals e 0,6% em peso de siloxano BS 94.
0 óxido de magnésio Baymag 30, a cinza volante ou ambosforam adicionados à pasta, conforme indicado na Tabela IV.A adsorção de água alvo foi de 6%.
TABELA IV
<table>table see original document page 26</column></row><table>
Quando óxido de magnésio e cinza volante são usados emconjunto, uma redução de água é melhorada por uma ordem demagnitude no exemplo acima.
EXEMPLO 4
Cubos de gesso foram feitos de acordo com o método doExemplo 1, usando-se a dosagem de siloxano e a composiçãode catalisador mostrada na Tabela IV. Os resultados deteste de absorção de água também são mostrados na Tabela V.
TABELA V
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Estes testes foram realizados em estuques com os quaisé particularmente difícil obter uma resistência à águasatisfatória. Nem cinza volante nem MgO sozinhos foramcapazes de produzirem o padrão desejado de menos de 5% deabsorção de água. Contudo, quando ambos os catalisadoresforam usados em conjunto, uma absorção bem abaixo do padrãofoi obtida, mesmo com uma dosagem menor de siloxano.EXEMPLO 5
Uma tentativa em planta foi mantida testando-se ocatalisador em uma parede acartonada em uma escalacomercial. A composição da parede acartonada é mostrada naTabela VI abaixo.
TABELA VI
<table>table see original document page 27</column></row><table>
HRA, trimetafosfato, USG95, espessante, Daxad, LC-211,cinza volante e MgO foram adicionados ao estuque seco. Aágua de siloxano e o siloxano foram misturados em ummisturador de cisalhamento alto à alta velocidade por menosde 1 minuto, para a fabricação de uma suspensão estável desiloxano em água. A suspensão então foi bombeada para omisturador de pasta e combinada com a água de amassamento,a combinação de catalisador/estuque. A residência nomisturador foi menor do que 15 segundos. Conforme a pastaera descarregada do misturador, uma espuma, feita do sabão,do ar de espuma e da água de espuma, foi inserida na pasta,para redução da densidade do produto.
TABELA VII
<table>table see original document page 28</column></row><table>
Cubos foram feitos a partir de uma amostra de pasta deacordo com ASTM C1396. Os resultados dos testes de mergulhosão mostrados na Tabela VII. Estes testes confirmam que umaparede acartonada tendo menos de 5% de absorção de água foiproduzível em um cenário comercial usando-se o catalisador,a pasta e o método desta invenção.
Embora uma modalidade em particular da cinza volante edo catalisador de óxido de magnésio para polimerização desiloxano tenha sido mostrada e descrita, será apreciado poraqueles versados na técnica que mudanças e modificaçõespodem ser feitas sem se desviar da invenção em seusaspectos mais amplos e conforme estabelecido nasreivindicações a seguir.
Claims (19)
1. Pasta, caracterizada por compreender:estuque;cinza volante de classe C;óxido de magnésio; euma emulsão de siloxano e água.
2. Pasta, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato da relação da referida cinzavolante para o referido óxido de magnésio ser de em tornode 2:1 a em torno de 3:1.
3. Pasta, de acordo com a reivindicação 2,caracterizada pelo fato da referida cinza volante estarpresente na pasta em quantidades de em torno de 0,1% a emtorno de 5% com base no peso de estuque seco.
4. Pasta, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato da referida cinza volante estarpresente na pasta em quantidades de em torno de 0,1% a emtorno de 5% com base no peso de estuque seco.
5. Pasta, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato do referido óxido de magnésio estarpresente em quantidades de em torno de 0,1% a em torno de 5% com base no peso de estuque seco.
6. Pasta, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato do referido óxido de magnésio serum óxido de magnésio calcinado profundamente ou calcinadocompletamente.
7. Pasta, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato da referida emulsão compreender umfluido de polissiloxano e água.
8. Pasta, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato do referido siloxano ser umsiloxano modificado com hidrogênio, linear, fluido.
9. Pasta, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada por ainda compreender pelo menos um do grupoque consiste em amidos, agentes de formação de espuma,aceleradores de fixação, retardantes de fixação, biocidas,dispersantes, fibras ou melhoradores de resistência.
10. Pasta, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato da referida emulsão compreender umasuspensão estável.
11. Pasta, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato da referida suspensão ser sememulsificante.
12. Método de fabricação de um artigo de gessoresistente à água, caracterizado por compreender:a fabricação de uma emulsão de siloxano com siloxano eágua;a mistura de óxido de magnésio e cinza volante declasse C com estuque;a combinação da emulsão de siloxano com a mistura deestuque / catalisador;a conformação da pasta;a permissão da fixação da pasta de gesso, formando onúcleo de gesso acartonado; ea polimerização do siloxano.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato da referida etapa de fabricaçãocompreender a mistura do siloxano e da água em ummisturador de alto cisalhamento.
14. Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato da referida etapa de conformaçãocompreender a intercalação da pasta entre duas peças dematerial de face para a formação de um painel de gessoacartonado.
15. Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato da referida etapa de misturaocorrer antes da referida etapa de combinação.
16. Método, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado por compreender ainda a tomada de uma porçãode uma quantidade medida de água de amassamento para usocomo a água.
17. Painel de gesso resistente à água, caracterizadopor ter um núcleo que compreende matrizes intertramadas decristais de di-hidrato de sulfato de cálcio e uma resina desilicone, as referidas matrizes intertramadas tendodisperso através delas um catalisador compreendendo óxidode magnésio e componentes de uma cinza volante de classe C.
18. Painel, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado por compreender ainda pelo menos um do grupoque consiste em amidos, agentes de formação de espuma,aceleradores de fixação, retardantes de fixação, biocidas,dispersantes, fibras ou melhoradores de resistênciadispersos através das referidas matrizes intertramadas.
19. Painel, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato do referido núcleo ser intercaladoentre duas peças de material de face.
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| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |