Paneles de yeso reforzados por almidones reticulados iónicamente.

Un panel a base de yeso, que comprende una fase inorgánica de yeso y una fase orgánica,

en donde la fase orgánica está formada por un aditivo de refuerzo que comprende un almidón catiónico modificado con ácido iónicamente reticulado mediante un aditivo de reticulación in situ, siendo el aditivo de reticulación un almidón aniónico, en donde la cantidad de aditivo de reticulación es del 75 % en peso o inferior basado en el peso total del aditivo de refuerzo y del aditivo de reticulación, y en donde el aditivo de refuerzo reticulado forma una red polimérica y las interacciones iónicas entre el aditivo de refuerzo y el aditivo de reticulación endurecen sustancialmente el panel.

Paneles de yeso reforzados por almidones reticulados iónicamente

El campo de la invención es la química de los polímeros, más específicamente, la química de los polímeros para aditivos con el fin de mejorar las propiedades de composiciones objeto de uso en la formación de artículos compuestos de fabricación, recubrimientos y materiales.

En el mercado hay disponibles varios tipos de almidones sustituidos cargados y actualmente se usan en aplicaciones de fabricación de papel y de tratamiento de aguas. Los almidones catiónicos se usan tradicionalmente en el final húmedo de la fabricación de papel para incrementar la resistencia en mojado y la unión de "sustancias coloidales disueltas" aniónicas en la pulpa de madera. Los almidones aniónicos y anfóteros también se usan en formulaciones de papel y en la prensa de encolado de fabricación de papel para mejorar el acabado y la resistencia en seco. Los almidones anfóteros contienen sustituyeles tanto catiónicos como aniónicos. Los almidones cargados también se usan como floculantes en plantas de tratamiento de aguas para retirar contaminantes. Los grupos catiónicos sobre los almidones cargados normalmente son aminas cuaternarias y los sustituyentes aniónicos habitualmente son grupos carboxilato o fosfato.

La presente invención se refiere a un panel a base de yeso que comprende yeso como fase inorgánica y una fase orgánica formada de un almidón catiónico modificado con ácido como aditivo de refuerzo iónicamente reticulado mediante un aditivo de reticulación in situ, el aditivo de reticulación que es un almidón aniónico, como se reivindica en las reivindicaciones 1-5.

Las interacciones iónicas entre un aditivo que aumenta la resistencia y un aditivo de reticulación proporcionan un agente de unión estable que incrementa sustancialmente la dureza y la resistencia de los compuestos, recubrimientos y otros materiales. Por ejemplo, las interacciones iónicas limitan la reticulación del aditivo que aumenta la resistencia a la superficie de un núcleo de un panel que se ha transformado durante la reticulación in situ. Modificando selectivamente el polímero o reticulante, se forma una red de polímero y cristales inorgánicos que incrementa sinérgicamente la resistencia y la fuerza a la extracción de un clavo de una composición de materia formada mezclando una fase inorgánica, el aditivo que aumenta la resistencia y el aditivo de reticulación con agua. Se cree, sin ningún tipo de limitación, que se pueden seleccionar grupos sustituyentes hidrófobos e hidrófilos para proporcionar afinidad química por los cristales de yeso, por ejemplo.

Los aditivos se dispersan sustancialmente en todo el compuesto por disolución y son retenidos dentro del compuesto por las interacciones iónicas, que impiden la migración excesiva a las superficies del compuesto.

Los almidones catiónicos se usan para conferir una mejora en la resistencia a los compuestos de yeso. El grado de mejora depende del peso molecular, y por tanto de la viscosidad, así como del grado de sustitución del almidón. Los almidones catiónicos sin diluir son demasiado viscosos para la difusión del gránulo durante el calentamiento y por tanto permanecen en forma de partículas discretas en la matriz inorgánica. La dilución con ácido reduce la viscosidad, permitiendo que el almidón se disperse en el núcleo de yeso e incrementando la resistencia a la extracción del clavo del compuesto. La naturaleza catiónica del almidón produce una mayor mejora que con un almidón modificado con ácido de viscosidad similar. Esto se puede atribuir a la mayor interacción con la superficie polar de los cristales de yeso. Aunque la dilución con ácido incrementa la disolución del almidón, gran parte del almidón migra completamente hacia las caras, reduciendo la cantidad de refuerzo en el núcleo. El aumento de la resistencia se mejora incluyendo un polímero aniónico que interaccione con el almidón catiónico diluido con ácido para formar una red de reticulaciones iónicas que una el almidón en el núcleo.

La combinación de un almidón catiónico con un reticulante aniónico proporciona un método único para obtener una distribución del almidón que mejora la resistencia y su retención en el núcleo del yeso mientras se mantiene una baja viscosidad de la suspensión. Los gránulos de almidón permanecen sin disolver durante la mezcla debido a su insolubilidad en agua fría. La temperatura de la suspensión de estuco en plantas de paneles varía, pero con frecuencia es superior a 37,8 °C (1 °F). Por tanto el almidón debe tener una solubilidad limitada o nada de solubilidad a esa temperatura. Esto se consigue con un almidón catiónico limitando grado de sustitución (GS). Por ejemplo, una realización tiene un grado de sustitución seleccionado en un intervalo inferior al 3 % en peso.

Los gránulos de almidón se hinchan y estallan, liberando el almidón a la solución. La hinchazón de los gránulos se incrementa por repulsión electrostática de los grupos catiónicos del almidón y la ruptura de los gránulos se facilita por la tensión de los cristales de yeso sobre los gránulos hinchados, tal como durante un proceso de formación. Las moléculas en solución se difunden naturalmente hacia agua desprovista de almidón, lo que produce la distribución de almidón sustancialmente en todo el compuesto. Cuando el almidón catiónico se encuentra con el aditivo de reticulación aniónico, que podría ser un almidón aniónico, los dos aditivos interaccionan para producir un incremento sinérgico de la viscosidad. La alta viscosidad del sistema polimérico reticulado iónicamente impide una mayor migración del almidón, tal como durante la evaporación del agua, y mejora la retención del almidón en el compuesto. La solución de almidón catiónico precipita durante la evaporación del agua, produciendo una película de refuerzo sobre los cristales de yeso. Si el GS del almidón catiónico es demasiado bajo, es probable que el almidón se

retrograde. La retrogradación, o re-asociación de las moléculas de almidón, reduce la resistencia de la película y afecta negativamente a la mejora de la resistencia. Por tanto, el GS de almidones catiónicos para compuestos debe ser de al menos el ,3 % en peso. Se prefiere que el almidón catiónico tenga una viscosidad máxima de entre 1 y 1. mPa-s (cps) para el 2 % en peso de sólidos a 9,5 °C (195 °F) y un GS de entre el ,3 y el 3 % en peso. Más preferentemente, tiene una viscosidad máxima de entre 1 y 3 mPa-s (cps) para el 2 % en peso de sólidos a 9,5 °C (195 °F) y un GS de entre el 1,5 y el 2,5 % en peso.

Se usaron mediciones de la viscosidad para analizar la interacción entre los almidones catiónicos y los aditivos de reticulación aniónicos, que incluyen los almidones aniónicos. Se usó una técnica de viscoanálisis rápida (VAR) para determinar la respuesta de la viscosidad del almidón a la cocción y su posterior enfriamiento. El procedimiento comienza añadiendo una cámara fría (25 °C) de almidón a un reómetro con una camisa de agua caliente (9 °C). La temperatura de la cámara se incrementa rápidamente hasta 9 °C y se mantiene a 9 °C durante 8 minutos y a continuación se enfría a 5 °C a lo largo de los siguientes 4 minutos y se mantiene a 5 qC durante 1 minutos más. El reómetro usado fue un Brookfield DVIII+ Pro con husillo #SC4-21 y un baño de agua TC-112P. Una respuesta general de almidones a este tipo de perfil de temperatura es una baja viscosidad inicial de la dispersión de almidón insoluble, incremento hasta la viscosidad máxima a la temperatura de gel del almidón a medida que los gránulos se hinchan, reducción hasta la viscosidad mínima a medida que los gránulos estallan y el almidón entra en solución, e incremento hasta la viscosidad final a medida que la solución se enfría. Los gránulos de almidón en la matriz de yeso siguen un perfil de temperaturas similar a medida que el compuesto se seca. Aunque no hay fase de enfriamiento durante el secado, la viscosidad final indica el comportamiento del almidón a medida que se incrementan las interacciones intra-moleculares, como cuando se incrementa la concentración a medida que el compuesto se seca. Así, tanto el enfriamiento como el secado dan lugar a incrementos similares en la viscosidad sinérgica de los aditivos. Los perfiles y valores de la viscosidad para almidones catiónicos y almidones aniónicos y polímeros se midieron de forma individual y se compararon con diversas combinaciones para determinar el nivel de asociación iónica.

Una mezcla de dos polímeros en solución que no tienen interacción presenta una viscosidad que sigue una regla de mezclas logarítmica. Esto permite el cálculo de la viscosidad teórica de una mezcla de almidones... [Seguir leyendo]

1. Un panel a base de yeso, que comprende una fase inorgánica de yeso y una fase orgánica, en donde la fase orgánica está formada por un aditivo de refuerzo que comprende un almidón catiónico modificado con ácido

iónicamente reticulado mediante un aditivo de reticulación in situ, siendo el aditivo de reticulación un almidón aniónico, en donde la cantidad de aditivo de reticulación es del 75 % en peso o inferior basado en el peso total del aditivo de refuerzo y del aditivo de reticulación, y en donde el aditivo de refuerzo reticulado forma una red polimérica y las interacciones iónicas entre el aditivo de refuerzo y el aditivo de reticulación endurecen sustancialmente el panel.

2. El panel a base de yeso de la reivindicación 1, en el que el almidón catiónico tiene un grado de sustitución seleccionado en un intervalo del ,5 al 3 % en peso.

3. El panel a base de yeso de la reivindicación 1, en el que el almidón catiónico es un éter de almidón.

4. El panel a base de yeso de la reivindicación 3, en el que el éter de almidón tiene sustituyentes hidroxietilo.

5. El panel a base de yeso de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la cantidad de aditivo de reticulación es del 3 % en peso o inferior respecto al peso total del aditivo de refuerzo y del aditivo de reticulación.