MX2010007094A - Agentes espumosos para agua dura y metodos para produccion de tablas de yeso. - Google Patents

Abstract

Composiciones y métodos para reducir el impacto del agua dura en el espumado de un panel de yeso. Las composiciones incluyen agregar una espuma a agua y un lechado calcinado. La espuma incluye agua, aire disperso y un agente tensoactivo. Los agentes tensoactivos para uso incluyen una porción hidrofóbica que incluye una distribución de longitudes de cadenas alquilo que incluyen aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C8; aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas G10; aproximadamente 14% hasta aproximadamente 36% de cadenas C12 y aproximadamente 2% hasta aproximadamente 20% de cadenas C14 y también tienen una porción hidrofílica que tiene aproximadamente 0.2 hasta 3.0 grupos epoxi.

Description

AGENTES ESPUMOSOS PARA AGUA DURA Y MÉTODOS PARA PRODUCCIÓN DE TABLAS DE YESO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una composición y método para un mejor espumado en paneles de yeso. Más particularmente, la presente invención se relaciona a un aditivo y métodos para usar un aditivo para mejorar el espumado en paneles de yeso. Todavía más particularmente, la presente invención se refiere a composiciones y métodos que utilizan un aditivo para reducir el impacto del agua dura en el espumado en paneles de yeso.

Los paneles de yeso, a menudo llamadas paneles de yeso, tablarroca, paneles de muro o pared de yeso, se fabrican por lo regular utilizando una tabla de pared con recubrimiento como se utiliza en la construcción con tablarroca. Se agrega una espuma generada previamente a la mezcla del lechado del panel; la espuma se genera a partir de una mezcla de un agente espumoso, aire y agua en un aparato apropiado para generar espuma. El lechado de yeso con espuma se deposita entonces sobre un papel en movimiento u otro substrato soportado sobre una banda móvil larga. Se puede aplicar un segundo substrato sobre el lechado para constituir la segunda cara del panel de yeso. A continuación, el emparedado atraviesa una estación de formación que determina el ancho y el grosor del panel de yeso. En operación continua, el lechado de yeso comienza a cuajarse inmediatamente después de formarse el panel.

Después de ello, el panel se corta, seca y apila en longitudes comercialmente aceptables.

El agua mezclada para formar la espuma del lechado de yeso con espuma puede variar en dureza. El agua dura por lo regular se define como agua que tiene un contenido de minerales relativamente alto. En contraste, el agua blanda contiene pocos o ningún mineral. Los niveles del contenido por lo regular consisten de niveles más altos de iones metálicos de calcio y magnesio en la forma de carbonatos, pero pueden incluir otros varios metales así como también bicarbonatos y sulfatos. Las descripciones de la dureza del agua corresponden hasta cierto punto con los rangos de concentraciones de minerales.

Dureza mg/l como calcio Blanda 0-20 Moderadamente blanda 20-40 Ligeramente blanda 40-60 Moderadamente dura 60-80 Dura 80-120 Muy Dura >120 El uso de agua duro en la espuma del lechado de yeso causa que se produzcan bajos volúmenes de espuma y que haya defectos en los paneles relacionados con la indeseable adherencia de células de espuma una vez cuajado el yeso. En algunos casos, la se desea la adherencia controlada para crear células de espuma relativamente grandes en la espuma. En la mayoría de los casos, sin embargo, el uso de agua dura resulta en un espumado impredecible que puede limitar las velocidades de la línea y resulta en espacios de células de espuma que son mucho más grandes de lo que se desea. Estos grandes espacios de espuma se pueden traducir en problemas de recuperación y/o calidad, incluso una reducción en la fuerza o la integridad del panel.

La estabilidad a corto plazo de la espuma agregada al lechado de yeso es importante en la producción del panel de yeso. El control de esta estabilidad controla el tamaño de las burbujas en el núcleo del panel e impacta la fuerza del panel de yeso. Para controlar la estabilidad de la espuma, se pueden elegir composiciones de jabón o un sistema de espuma que mezcla una mezcla binaria de jabón se puede emplear para incrementar los tamaños y la fortaleza de la burbuja. Se ha determinado que un tamaño más grande de burbuja proporciona más fuerza al panel de yeso terminado que los tamaños más pequeños de burbujas. Sin embargo, tamaño excesivamente grandes de burbujas pueden ser perjudiciales para la calidad del panel. Por este motivo, es importante al desarrollar un agente tensoactivo tomar en consideración otros factores que pueden afectar el tamaño de la burbuja además de las mezclas de jabón existentes o un sistema de espuma para producir mezclas de jabones estables o inestables para crear un agente tensoactivo espumoso. Por ejemplo, el agua del proceso también puede afectar la estabilidad de la espuma y en algunos casos producir un núcleo de panel con espacios de espuma excesivamente grandes, como es el caso en la presencia de agua dura. La presente invención proporciona una composición y métodos para usar una composición tensoactiva que proporciona mayor estabilidad y control al lechado de yeso en un rango mayor de condiciones del proceso. Las composiciones conforme a las enseñanzas de la presente invención tienen potencial para incrementar la velocidad de la línea y/o reducir el costo del panel durante la manufactura.

Las composiciones contempladas para uso en modalidades de la invención maximizan la captura de aire y minimizan el uso en lechados para paneles de yeso. En una modalidad, la composición es un agente tensoactivo. En otras modalidades, la composición es una mezcla de jabones, entre los que se incluyen jabones estables, jabones inestables y mezclas de los mismos. Un jabón inestable se refiere a un agente tensoactivo de un agente espumoso que puede producir volúmenes cuantiosos de espuma y se hace inestable al contacto con los lechados de yeso. Un jabón estable se refiere a un jabón desarrollado para maximizar la captura de aire y minimizar el uso en lechados para paneles de yeso. Las composiciones que utilizan mezclas de los jabones estables e inestables se conocen, como por ejemplo la Patente en Estados Unidos número 5,643,510 expedida a Sucech, misma que se incorpora a la presente a manera de referencia, que mezcla composiciones de los jabones estables e inestables para un tamaño y forma deseados para las burbujas.

En ciertos casos, otros ingredientes en los lechados de yeso pueden causar espacios excesivamente grandes. Por ejemplo, el uso de agua dura como agua del proceso puede dar lugar a un tamaño de burbuja en el núcleo de la espuma excesivamente grande y ajustes en jabón (incluso a jabón 100% estable), que son incapaces de reducir el tamaño de la burbuja en el núcleo a niveles óptimos. Así, hay casos en los que simplemente utilizar más de los agentes estabilizadores de espuma (como por ejemplo agentes tensoactivos) no será suficiente para ajustar el tamaño de la burbuja. Para establecer calidad y control, las líneas de producción pueden necesitar velocidades más bajas, reformulación y/o costos de manufactura de paneles más elevados.

Conforme a una modalidad, se proporciona un lechado de yeso. El lechado de yeso se forma a partir de yeso calcinado y agua. Se agrega espuma al lechado de yeso. La espuma incluye agua, aire disperso y un agente tensoactivo, donde el agente tensoactivo está hecho de una distribución de varias longitudes de cadenas alquilo que incluyen aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C8; aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C10; aproximadamente 14% hasta aproximadamente 36% de cadenas C12 y aproximadamente 2% hasta aproximadamente 20% de cadenas C 14 en la porción hidrofóbica y una porción hidrofóbica tiene aproximadamente 0.2 a 3.0 de grupos etoxi.

Conforme a una modalidad de la invención, se proporciona una composición para estabilizar espuma en un lechado de yeso en la presencia de agua dura. La composición incluye sulfato alquilo etoxi. El sulfato alquilo etoxi tiene una porción hidrofílica que incluye aproximadamente 0.2 hasta aproximadamente 3.0 de grupos etoxi. El sulfato alquilo etoxi también tiene una porción hidrofóbica que incluye una distribución de longitudes de cadenas alquilo que incluye aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C8, aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C10, aproximadamente 14% hasta aproximadamente 36% de cadenas C12 y aproximadamente 2% hasta aproximadamente 20% de cadenas C14.

Conforme a otra modalidad de la invención, se proporciona un método para formar un lechado de yeso en la presencia de agua dura. El método incluye mezclar un yeso calcinado con agua para formar un lechado de yeso. Se agrega espuma entonces, donde la espuma tiene estabilidad en agua dura. La espuma incluye agua, aire y agente tensoactivo. Está contemplado que el yeso calcinado puede mezclarse con agua dura o que la espuma puede incluir agua dura o que ambos casos incluirán agua dura. El agente tensoactivo incluye una porción hidrofílica que incluye aproximadamente 0.2 hasta aproximadamente 3.0 de grupos etoxi. El agente tensoactivo también incluye una porción hidrofóbica que incluye una distribución de longitudes de cadenas alquilo que incluye aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C8, aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C10, aproximadamente 14% hasta aproximadamente 36% de cadenas C12 y aproximadamente 2% hasta aproximadamente 20% de cadenas C14.

Conforme a todavía otra modalidad de la presente invención, se proporciona un panel de yeso formado en la presencia de agua dura. El panel de yeso incluye un panel de yeso y agua para mezclarse con el yeso calcinado para formar un lechado de yeso. Se agrega espuma al lechado de yeso. La espuma, que es estable en la presencia de agua dura, se forma al combinar agua, aire y un agente tensoactivo. Una porción hidrofílica del agente tensoactivo se proporciona e incluye aproximadamente 0.2 hasta aproximadamente 3.0 de grupos etoxi. El agente tensoactivo también incluye una porción hidrofóbica que tiene una distribución de longitudes de cadenas alquilo que incluye aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C8, aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C10, aproximadamente 14% hasta aproximadamente 36% de cadenas C12 y aproximadamente 2% hasta aproximadamente 20% de cadenas C14. También se incluyen una cara frontal y una cara posterior en el panel de yeso. Se le permite cuajarse al lechado de yeso con espuma entre cada una de las caras frontal y posterior. Una vez cuajado, el panel de yeso se puede procesar para terminarlo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 ilustra un probador de espuma SITA empleado para probar la espuma de conformidad con una modalidad de la invención; La Figura 2 ilustra los resultados de la prueba de espuma usando el probador SITA de la Figura 1 conforme a una modalidad de la invención; La Figura 3 ilustra- los resultados de la prueba de generación de espuma para mezclas de jabón en muestras de agua desionizada y agua dura conforme a una modalidad de la invención; La Figura 4 ilustra las curvas de falla de la espuma para estabilizadores en muestras de agua desionizada y agua dura conforme a una modalidad de la invención; La Figura 5 muestra muestras de núcleos de paneles que muestran el impacto de los estabilizadores de jabón en el tamaño de la burbuja en la espuma resultante conforme a una modalidad de la invención; La Figura 6 muestra una sección transversal de la muestra de control establecida en el Ejemplo 2 conforme a una modalidad de la invención; La Figura 7 muestra un análisis de imagen de rutina que demuestra los espacios encontrados en la muestra de control de conformidad con una modalidad de la invención; La Figura 8 muestra una sección transversal de la Prueba 1C establecida en el Ejemplo 2 conforme a una modalidad de la invención; La Figura 9 muestra un análisis de imagen de rutina que demuestra los espacios encontrados en la Prueba 1C de conformidad con una modalidad de la invención; La Figura 10 muestra una sección transversal de la Prueba 2C establecida en el Ejemplo 2 conforme a una modalidad de la invención; La Figura 1 muestra un análisis de imagen de rutina que demuestra los espacios encontrados en la Prueba 2C de conformidad con una modalidad de la invención; La Figura 12 muestra una sección transversal de la Prueba 3C establecida en el Ejemplo 2 conforme a una modalidad de la invención; La Figura 13 muestra un análisis de imagen de rutina que demuestra los espacios encontrados en la Prueba 3C de conformidad con una modalidad de la invención; y La Figura 14 muestra una gráfica que ilustra las distribuciones de espacios de aire de las cuatro muestras del Ejemplo 2, muestra en porcentaje de volumen como una función del diámetro del espacio de aire (en milímetros), de conformidad con una modalidad de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se contempla entonces mediante las modalidades de la presente invención mezclar un aditivo, como por ejemplo un agente espumante o agente tensoactivo en una espuma que tiene espacios excesivamente grandes para proporcionar estabilidad a la espuma mediante la reducción del número y el tamaño de los espacios a una cantidad deseada. Está contemplado además que la estabilidad de la espuma en la presencia de agua dura es aplicable en cualquier número de aplicaciones, incluso paneles de yeso, tablas de yeso, tablarroca, paneles para paredes o placas de yeso para un sinnúmero de usos distintos que incluyen tablarroca y mosaicos de techo. También está contemplado que el agua dura puede estar presente en el lechado de yeso o en la espuma o en ambos. Otras aplicaciones de la presente invención incluyen las que serían apreciadas por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica.

Las espumas líquidas se hacen siempre que se mezclan gases y líquidos. Se necesitan tres elementos para formar espumas líquidas, que incluyen un líquido, que por lo regular es agua blanda, aire o gas distribuido, que se puede agregar empleando un generador de aire/espuma, por lo regular de un generador de espuma, un agente tensoactivo, como por ejemplo jabón. Se forma una espuma estable como absorción de moléculas del agente tensoactivo en una interfaz de líquido/aire. El estado de empaque de las moléculas contribuye a la estabilidad de la espuma. En efecto, hay muchos factores que ocasionan inestabilidad de la espuma, incluso, más sin limitación, drenaje, engrasamiento y ruptura de película. El drenaje por lo regular ocurrirá en los canales limitantes de la meseta hasta alcanzar un estado de equilibrio. El engrasamiento ocurre cuando el gas se difunden a través de burbujas y algunas burbujas crecen más grandes mientras que otras burbujas tienen la tendencia a encogerse y desaparecer. El resultado neto de este proceso es que el tamaño promedio de las burbujas crece con el tiempo. Además, la ruptura de película puede ocurrir cuando la película de la espuma (estructural) se hace demasiado delgada y débil. La espuma es entonces susceptible a colapsar y por ende a desvanecerse con el lavado.

Cuando las moléculas de agente tensoactivo se recolectan en la interfaz de agua/aire, sin embargo, la tensión en la superficie del agua por lo regular se reduce. La tensión superficial del agua pura es por lo regular de aproximadamente 72 mN/m. La habilidad de un agente tensoactivo para desempeñarse como un agente espumoso depende parcialmente de su efectividad para reducir la tensión superficial de la solución. Una menor tensión superficial por lo regular produce burbujas más pequeñas y más uniformes. La medición de la tensión superficial de mezclar dos jabones por lo regular resulta en que la combinación de jabones por lo general tendrá una menos tensión superficial que la solución de un solo jabón. Cuando las composiciones conforme a la presente invención incluyen mezclas de jabones estables e inestables, las proporciones de jabón estable frente al jabón inestable incluyen 9: 1 , 4:1 y 2.3:1 están contempladas para uso con modalidades de la presente invención.

En ciertos casos, sin embargo, por ejemplo con sulfato de amonio laurato (Steal CA-330), de Stepan Company, hay un punto donde la tensión superficial no cambia significativamente. El sulfato de amonio laurato como se usa en la presente consiste de ambas longitudes de cadenas C12 y C14 en la porción hidrofóbica y 3 grupos etoxi en la porción hidrofílica. La proporción dentro del sulfato de amonio laurato es de aproximadamente 80% de longitudes de cadena C12 y aproximadamente 20% de longitudes de cadena C14. La concentración del jabón CA-330 en inventario que se utiliza en la presente es de aproximadamente 28%. Dado que la tensión superficial no cambia significativamente, la habilidad del sulfato de amonio laurato para actuar como agente tensoactivo o agente espumoso también disminuye después de un incremento en la cantidad por peso. En el ejemplo de sulfato de amonio laurato, después de un incremento de aproximadamente 40% hay muy poco cambio en la tensión superficial.

En una modalidad, se desea utilizar una composición que incluye una mezcla de jabón tanto estable como inestable. Aunque en la presente se describe una mezcla de jabones, debe entenderse que se puede usar un jabón que tenga una distribución de longitud de cadena alquilo similar a las mezclas de jabones descritas. Además, y a manera de alternativa, está contemplado que se puedan mezclar más de dos jabones juntos para lograr la distribución deseada de la longitud de cadena alquilo. Los jabones estables actuales que se utilizan en producción de paneles de yeso se caracterizan regularmente por tener una composición de jabón con una longitud de cadena alquilo relativamente delgada de aproximadamente C8-C10 o C10-C12 y una longitud de cadena etoxi de aproximadamente 0.2 a 3.5.

Los ejemplos incluyen Hyonic PFM de Geo Specialty Chemicals, FA 403 de Stepan Chemicals o Thatcher TF de Thatcher Chemical Company. En el proceso para determinar el tamaño deseado de burbuja, estos jabones de preferencia se mezclan con un sulfato alquilo C10-C12 con cero grupos etoxi (el jabón inestable en el lechado de yeso). Esta operación de mezcla por lo regular produce el jabón y la espuma resultante que se hace inestable en los lechados de yeso y la espuma se une para producir burbujas relativamente más grandes en el núcleo del panel de yeso e incrementa la fuerza del panel.

Cuando el lechado de yeso se hace en la presencia de agua dura del proceso, por lo regular la espuma produce burbujas excesivamente grandes. Además, la espuma resiste los intentos para reducir el tamaño de las burbujas con la adición de componentes que tienden a hacer más estables las espumas, como por ejemplo agentes tensoactivos estables en el agente espumoso. Por lo tanto, se desea reducir el tamaño de la burbuja en la espuma hecha con agua dura para proceso al mismo tiempo que se utiliza una mezcla de jabones para variar el tamaño de las burbujas. Un equilibrio entre el tamaño grande de las burbujas y el tamaño más pequeño de las burbujas se desea para las propiedades físicas del producto de panel de yeso terminado.

De conformidad con una modalidad de la presente invención, se ha descubierto que la adición de un sulfato alquilo-éter C-12-C14 con una longitud promedio de cadena etoxi de tres estabiliza la espuma incluso en la presencia de agua dura. Para fines de esta aplicación solamente, la frase "estabilizar la espuma" se refiere a la reducción de espacios excesivamente grandes en el lechado de yeso como resultado del agua dura en la mezcla del lechado. También está contemplado que el agua dura se puede utilizar solamente en el agua de la espuma. Además, y como una alternativa, está contemplado que puede haber presente agua dura en tanto la mezcla del lechado y el agua de la espuma en cualquier combinación como podrán apreciar aquellos con experiencia en la técnica. La adición del aditivo de sulfato alquilo-éter C12 - C14 equilibra los espacios excesivamente grandes. Este aditivo se puede utilizar en cantidades de aproximadamente 40% y más grandes con base en el peso total de los agentes espumosos.

Conforme a la presente invención, las composiciones para estabilizar la espuma en la presencia de agua dura incluyen una porción hidrofóbica y una porción hidrofílica. Estas composiciones afectan la generación de espuma así como también la falla de la espuma. La porción hidrofílica incluye aproximadamente 0.2 a 3.5 de grupos etoxi y más preferentemente 2.5 a 3.0 grupos etoxi. La porción hidrofílica de la composición proporciona buena solubilidad de la composición. Las composiciones conforme a la presente invención también incluyen de preferencia una porción hidrofóbica, que por lo regular incluirá una distribución de longitudes de cadenas alquilo. La porción hidrofóbica de la composición proporciona buena estabilización. Como se describe anteriormente, un número de longitudes de cadena alquilo se describen en los jabones y las mezclas de jabones proporcionan una distribución de longitudes de cadenas alquilo. También se contempla que una distribución de longitudes de cadenas alquilo se pueda obtener sin mezclar jabones.

Otros aditivos de lechado de yeso, como por ejemplo almidones, dispersantes de policarboxilato éter o sulfonato naftaleno, también tienen un impacto en la formación de espuma en el panel de yeso y producen burbujas más grandes en el núcleo de la espuma. En algunos casos, el tamaño de las burbujas en el núcleo con espuma es excesivamente grande y la composición de jabón debe ajustarse para reducir el tamaño de las burbujas para un proceso y calidad óptimos del lechado de yeso.

Conforme a modalidades de la presente invención, la adición de un sulfato alquilo-éter C12-C14 con una longitud promedio de cadena etoxi de tres (como por ejemplo jabón Steol CA 460 y jabón CA 330 de Stepan Chemicals en donde la cadena alquilo es de aproximadamente 80% C12) estabiliza con efectividad el espumado en agua dura.

El jabón CA 4660 como se usa en la presente consiste de ambas longitudes de cadenas C12 y C14 en la porción hidrofóbica y 3 grupos etoxi en la porción hidrofílica. La proporción dentro del jabón CA 460 es de aproximadamente 80% de longitudes de cadena C12 y aproximadamente 20% de longitudes de cadena C14. La concentración del jabón CA460 en inventario que se utiliza en la presente es de aproximadamente 60%. La estabilidad mejorada por lo regular incrementa con niveles de adición de hasta aproximadamente 35% del sulfato alquilo-éter C12-C14. Por encima de la adición de aproximadamente 40% del sulfato alquilo-éter C12-C14, se ha observado que la estabilidad en la presencia de agua dura disminuye.

Conforme a otra modalidad de la presente invención, se proporciona un método para formar un lechado de yeso en la presencia de agua dura. El método incluye mezclar un yeso calcinado con agua para formar un lechado de yeso, está contemplado que en ciertas modalidades de la invención, el agua empleada para mezclar con el yeso calcinado puede ser agua dura.

Una vez formado el lechado de yeso, se agrega espuma al lechado de yeso. La espuma agregada de preferencia es estable en la presencia de agua dura. La espuma en sí se forma al combinar agua, aire y un agente tensoactivo. Está contemplado que en ciertas modalidades de la invención, el agua empleada para formar la espuma puede ser agua dura. La espuma en sí se puede crear como espuma convencional como podrán apreciar aquellos con experiencia en la técnica. El agente tensoactivo empleado, sin embargo, variará de conformidad con la presente invención. Agentes tensoactivos, o sulfatos alquilo etoxi, para uso de conformidad con la presente invención de preferencia incluye una porción hidrofílica y una porción hidrofóbica. Mientras que la porción hidrofílica proporciona buena solubilidad, la porción hidrofóbica proporciona buena estabilización.

Así, el uso de una porción hidrofílica que tenga buena solubilidad se prefiere. Por ejemplo, el uso de aproximadamente 0.2 a 3.5 grupos etoxi y más preferentemente 2.5 a 3.0 grupos etoxi ha demostrado proporcionar la mejor solubilidad. Además, el uso de una distribución de longitudes de cadenas alquilo en la porción hidrofóbica del agente tensoactivo ha demostrado proporcionar buena estabilidad. Por ejemplo, se ha determinado que los agentes tensoactivos incluyen distribuciones de longitudes de cadenas alquilo de C8, C10, C12 y se prefiere C14. Más particularmente, aproximadamente 10% hasta aproximadamente 80% de cadenas C8; aproximadamente 10% hasta aproximadamente 80% de cadenas C10; aproximadamente 10% hasta aproximadamente 40% de cadenas C12 y aproximadamente 2% hasta aproximadamente 15% de cadenas C14. De preferencia, una distribución alquilo para agentes tenso activo de conformidad con la presente invención incluye aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C8, aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C10, aproximadamente 14% hasta aproximadamente 36% de cadenas C12 y aproximadamente 2% hasta aproximadamente 20% de cadenas C14.

Está contemplado que los agentes tensoactivos de conformidad con la presente invención se pueden premezclar y pueden ser el resultado de mezclar dos o más jabones previamente existentes. También está contemplado que los agentes tensoactivos de conformidad con la presente invención se pueden formar sin mezclar jabones existentes, sino con la manufactura del jabón necesitado específicamente. Puede depender de la aplicación del agente tensoactivo como podrán apreciar aquellos con experiencia en la técnica.

También está contemplado que cuando se forma el lechado de yeso antes descrito, se puede mezclar un aditivo. Los aditivos a usar de conformidad con la presente invención de preferencia ayudan a la formación de burbujas más grandes en el núcleo de la espuma. Está contemplado, sin embargo, que cualquier aditivo puede emplearse como podrán apreciar aquellos con experiencia en la técnica. Los aditivos preferidos incluyen almidones, dispersantes de policarboxilato éter, sulfato naftaleno y mezclas de los mismos.

Una vez estabilizada la espuma en el lechado de yeso, está contemplado que un panel de yeso se pueda formar al colocar un papel superficial frontal y un papel superficial posterior y después se puede terminar como es conocido por aquellos con experiencia en la técnica.

EJEMPLO 1 Se llevaron a cabo pruebas que examinan la estabilidad de la espuma con agua desionizada y agua obtenida de una fuente de agua "dura". La fuente de agua dura en este caso se bombeó desde una mina de yeso y estaba saturada con calcio y sulfato. Un análisis del agua se muestra a continuación en la Tabla 1 : Tabla 1 Las pruebas se llevaron a cabo usando un probador de espuma SITA en donde los jabones y las mezclas de jabones se mezclaron con agua desionizada o la muestra de agua dura. Con el probador de espuma SITA, como se muestra en la Figura 1 , se puede medir la cantidad de espuma generada con mayor agitación. Una vez agitada al máximo, las mediciones de volumen de espuma continúan y se mida la falla de espuma. Empleando las medidas de generación y falla de espuma, se puede determinar el desempeño de los jabones y las mezclas de jabones.

Como muestra la Figura 1 , el probador SITA 100 utiliza un líquido muestra encontrado en la reserva de líquido de muestra 102. El líquido de muestra entra en el recipiente para muestras con pared doble 104, que incluye un termostato. Una vez dentro del recipiente de muestra 04, el rotor 106 se activará para comenzar la generación de espuma. La cantidad de espuma generada se mide con la unidad sensora 108, que de preferencia incluye detectores de aguja. Después de la generación de espuma, se mide la falla de espuma utilizando la misma unidad sensora 108. Un aro de rocío 110 limpia automáticamente el recipiente de muestra 104 utilizando una solución de limpiador/agua del recipiente para solución de limpiador/agua 112. Una vez limpio, se recolecta la solución de limpiador /agua en el fondo del probador de espuma en el recolector 114.

La tensión superficial del jabón y las mezclas de los mismos en el agua desionizada y la muestra de agua dura también se mide usando un tensiómetro Kruss modelo K12 Mk6. Se pueden utilizar otros medios para medir la tensión superficial como podrán apreciar aquellos con experiencia en la técnica. Un decremento en tensión superficial se relaciona con una mejora en el espumado.

Los aditivos se compararon y analizaron por su habilidad para estabilizar la espuma en la presencia de agua dura. Los jabones y los aditivos utilizados incluyeron: Jabón Hyonic PFM-33 (sulfato etoxilatado, sales de amonio, alcoholes), de Geo Specialty Chemicals, Inc.; jabón Steol CA-460, 60% de sólidos (sulfato de amonio laurato, 3 grupos etoxi), de Stepan Company; jabón Steol CA-330, 28% de sólidos (sulfato de amonio laurato, 3 grupos etoxi), de Stepan Company; y jabón Aromox C/12-W (óxido de cocamina dihidroxietil), de Akzo Nobel.

El jabón RE -33 es un jabón estable para fines de la presente aplicación, el jabón PFM-33 incluye longitudes de cadena alquilo C6 a C12. La solución de jabón PFM-33 empleada en la presente se proporciona para solución con concentración de aproximadamente 33%. Las mezclas de jabón en este ejemplo se prepararon agregando estabilizadores de jabón (jabón Steal CA-460; jabón Steal CA-330 y jabón Aromox C/12-W) para hacer un jabón resultante con concentración de aproximadamente 10%, 20% y 30% del estabilizador. Las soluciones de jabón para uso en la presente invención se prepararon mezclando 0.4 gramos de jabón con 800 gramos de agua (ya sea agua desionizada o la muestra de agua dura), que se agregó entonces al probador SITA.

Con el probador SITA, se midieron tanto la generación como la falla de espuma. Los resultados de las pruebas de generación de espuma se muestran en la Figura 2. El jabón CA-330 y el jabón CA-460 mostraron una generación de espuma significativamente mayor en la muestra del agua dura en comparación con el jabón PFM-33 o las otras mezclas de jabones. El jabón CA-330 y el jabón CA-460 son jabones similares que difieren principalmente en el porcentaje de contenido de sólidos (concentración). Con base en la mayor generación de espuma, otras pruebas se concentraron en las mezclas de jabón con jabón CA-330 y jabón CA-460.

Las pruebas de falla de espuma de la Figura 2 utilizaron las combinaciones siguientes: Tabla 2 El volumen de espuma generado con el aditivo estabilizador en la muestra de agua dura es más alto que sin el aditivo estabilizador. Los resultados de falla de espuma se muestran en la Figura 4, con énfasis particular en el rompimiento de la espuma en el primer minuto de medición.

Las mediciones de tensión superficial se muestran en la Tabla 3 a continuación. Los resultados de generación de espuma para jabón CA-460 y mezclas de jabón CA-330 en concentraciones de aproximadamente 10%, 20% y 30% en meustras de agua desionizada se agua dura se muestran en la Figura 3. Como se muestra, la tensión superficial se minimiza en aproximadamente 20 de estabilizar de jabón para el jabón PFM-33. La máxima estabilidad de jabón corresponde con la tensión superficial más baja. Con base en este resultado, los jabones que contienen aproximadamente 20% de aditivo estabilizador deben tener un mejor desempeño en condiciones con agua dura.

Tabla 3 EJEMPLO 2 Se preparó una segunda prueba para la muestra de agua dura usando un jabón CA-330 con un jabón estable actual (jabón FA-403). El jabón FA-403 incluye longitudes de cadena alquilo C8 y C10 para la porción hidrofóbica de la composición, que tiene aproximadamente 40% de longitudes de cadena C8 y aproximadamente 60% de longitudes de cadena C10. Se utilizó jabón CA-330 dado que tiene porcentaje de sólidos que son similares con otros jabones normalmente empleados en plantas. Una mezcla de jabón CA-460 con jabones normalmente empleados en plantas forma un gel al mezclarse el jabón a menos que se agregue alcohol para prevenir la formación de gel. Deberá entenderse que aunque los presentes ejemplos se describen como mezclas de jabones, se puede utilizar un solo jabón que tenga una distribución de longitud de cadenas alquilo similar. Incluso en casos donde se agregó suficiente alcohol, el potencial de la formación de gel existe al contacto con otro jabón que tenga tamaños específicos de burbujas durante el proceso.

Los jabones para las pruebas se prepararon un día antes de las pruebas. Se mezclaron tres lotes de 20 libras de jabón, por ejemplo, con una concentración de jabón CA-330 de aproximadamente 10%, 20% y 30%.

La prueba se realizó en paneles de construcción marca SHEETROCK de ½". Al inicio, la planta estaba trabajando a un 50% de mezcla de jabones (jabón 50% FA-403 y 50% de jabón Polystep B25). La composición de jabón Polystep B25 contiene longitudes de cadena alquilo C10 y C12. Más particularmente, la composición de jabón Polystep B25 incluye aproximadamente 90% de longitudes de cadena C10 y aproximadamente 10% de longitudes de cadena C12. La composición de jabón Polystep B25 empleada en el presente fue una composición de concentración de aproximadamente 38%. Para esta prueba, no hubo cambios en las condiciones de operación o en formulación. El jabón FA-430 en la mezcla se reemplazó con el jabón de la prueba. Los jabones probados incluyeron: Tabla 4 Cambiar los jabones para cada solución no tuvo ningún efecto notorio en la operación. Se tomaron pruebas para monitorear el tamaño de las burbujas en el núcleo durante la prueba.

Sulfonato naftaleno (un dispersante), almidón gypset y mezclas de jabones de tamaño de burbuja específicos se pueden usar todos en la formulación para incrementar el tamaño de las burbujas en el núcleo (incluso en plantas donde el agua no es un problema). Dado que la prueba estaba diseñada para reducir o eliminar el impacto del agua dura en la estabilidad de la espuma, un mejor decremento en tamaño de burbujas con la adición del aditivo estabilizador de espuma se deseaba. A medida que el porcentaje de jabón estabilizador aumentó, el tamaño de las burbujas en el núcleo disminuyó. El tamaño de las burbujas en las muestras del panel se muestra en la Figura 5. Para medir el tamaño promedio de las burbujas, se utilizó un analizador de imágenes Clemex Vision, como se establece en la Tabla 5: Tabla 5 Las secciones transversales analizadas para la muestra de control se muestran en la Figura 6. La Figura 7 muestra un análisis de imágenes rutina de la muestra de control que muestra los espacios "encontrados". La Figura 8 muestra la sección transversal de la Prueba 1C, con el análisis de imagen de la prueba 1C en la Figura 9. La sección transversal de la Prueba 2C se muestra en la Figura 10, mientras que el análisis de imagen que muestra los espacios "encontrados" se muestra en la Figura 11. La sección transversal de la Prueba 3C se muestra en la Figura 12, mientras que el análisis de imagen que muestra los espacios "encontrados" se muestra en la Figura 13. La Figura 14 es una tabla que muestra el volumen porcentual de espacios de aire en función del diámetro de los espacios de aire (medido en milímetros).

Mientras que un ejemplar particular de las presentes composiciones y métodos para estabilizar espuma en agua dura se han descrito en la presente, aquellos con experiencia en la técnica apreciarán que se pueden hacer cambios y modificaciones a la misma sin salir de la invención en sus aspectos más amplios y como se establece en las reivindicaciones siguientes.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Una composición para estabilizar espuma en un lechado de yeso en la presencia de agua dura que tiene un mínimo de aproximadamente 40 mg/L de calcio, que comprende un sulfato alquilo etoxi que incluye una porción hidrofílica que incluye aproximadamente 0.2 hasta aproximadamente 3.0 grupos etoxi y una porción hidrofóbica que incluye una distribución de longitudes de cadenas alquilo que incluyen aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C8; aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C10; aproximadamente 14% hasta aproximadamente 36% de cadenas C12 y aproximadamente 2% hasta aproximadamente 20% de cadenas C14.

2. La composición de la Reivindicación 1 en donde dicho sulfato alquilo etoxi es un jabón premezclado.

3. La composición de la Reivindicación 1 en donde dicho sulfato alquilo etoxi es una mezcla de más un jabón.

4. Un método para formar un lechado de yeso en la presencia de agua dura, el método comprende los pasos de: mezclar un yeso calcinado con agua para formar un lechado de yeso; y agregar una espuma que tenga estabilidad en agua dura, en donde dicha espuma incluye agua, aire y un agente tensoactivo, en donde dicho agente tensoactivo incluye una porción hidrofílica que incluye aproximadamente 0.2 hasta aproximadamente 3.0 grupos etoxi y una porción hidrofóbica que incluye una distribución de longitudes de cadenas alquilo que incluyen aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C8; aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C10; aproximadamente 14% hasta aproximadamente 36% de cadenas C12 y aproximadamente 2% hasta aproximadamente 20% de cadenas C14.

5. El método de la Reivindicación 4 en donde dicho agente tensoactivo es un jabón premezclado.

6. El método de la Reivindicación 4, en donde formar dicho lechado de yeso incluye además agregar un aditivo; en donde dicho aditivo ayuda en la formación de burbujas en el núcleo de la espuma más grandes.

7. El método de la Reivindicación 6, en donde dicho aditivo incluye almidones, dispersantes de policarboxilato éter, sulfonato naftaleno o mezclas de los mismos.

8. El método de la Reivindicación 4 en donde el agua agregada al yeso calcinado para formar el lechado de yeso es agua dura.

9. El método de la Reivindicación 4 en donde el agua combinada con aire y el agente tensoactivo para formar una espuma es agua dura.

10. Un panel de yeso formado en la presencia de agua dura, el panel comprende: un yeso calcinado agua para mezclarse con el yeso calcinado para formar un lechado de yeso; una espuma agregada al lechado de yeso, en donde dicha espuma se forma al combinar agua, aire y un agente tensoactivo, en donde dicho agente tensoactivo incluye una porción hidrofílica que incluye aproximadamente 0.2 hasta aproximadamente 3.0 grupos etoxi y una porción hidrofóbica que incluye una distribución de longitudes de cadenas alquilo que incluyen aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C8; aproximadamente 20% hasta aproximadamente 60% de cadenas C10; aproximadamente 14% hasta aproximadamente 36% de cadenas C12 y aproximadamente 2% hasta aproximadamente 20% de cadenas C14. una cara frontal y una cara posterior, en donde se le permite a dicho lechado de yeso formado cuajarse entre cada una de las caras frontal y posterior y después una vez cuajado, el panel de yeso se procesa para terminarlo.

11. El panel de yeso de la Reivindicación 10 en donde el agua agregada al yeso calcinado para formar el lechado de yeso es agua dura.

12. El panel de yeso de la Reivindicación 10 en donde el agua combinada con aire y el agente tensoactivo para formar una espuma es agua dura.

13. El panel de yeso de la Reivindicación 10 en donde dicho agente tensoactivo es un jabón premezclado.

14. El panel de yeso de la Reivindicación 10, en donde dicho lechado de yeso incluye además un aditivo; en donde dicho aditivo ayuda en la formación de burbujas en el núcleo de la espuma más grandes.

15. El panel de yeso de la Reivindicación 14, en donde dicho aditivo incluye almidones, dispersantes de policarboxilato éter, sulfonato naftaleno o mezclas de los mismos.