JP2005521621A - 焼き石膏及びセメンタイト状（ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ）の組成物のための高分子量添加剤 - Google Patents

Abstract

【課題】 屋外用石膏セメントを形成する為に水和化するスラリーを準備するのに使用される水と共に使用される混合物である。
【解決手段】 当該混合物は、水硬セメントが３０乃至７０重量％、焼き石膏が３０乃至７０重量％及びポリカルボキシレートが０．０５乃至２．５重量％含まれており、当該混合物に当該混合物の重量に基づく４０重量％以下の水が付加された場合に硬化する際の膨張が非常に少ないスラリーを形成する。

Description

本発明は、屋外で使用する為の鋳造材料に関するものであり、より詳しくは、高強力で、低膨張性の石膏セメントに関するものである。

屋外の芝生及び庭園構造物、例えば、彫像、踏み石或いはそれに類する物を製造する為の技術として、形成物を鋳造する事は良く知られている。

鋳型を用意し、水硬性材料を当該鋳型に注入し、それを硬化させる工程を含む鋳造工程は労働集約性が低く、従って形状物を製造する多くの他の方法よりも安価である。

石膏（gypsum）やセメントは、双方ともよく知られている水硬性材料である。

石膏は叉硫酸カルシウム二水塩として良く知られており、白土(terra alba)、漆喰 (landplaster)、プラスタ・オブ・パリス(Plaster of Paris) も叉焼き石膏、スタッコ(stucco)、硫酸カルシウムセミハイドレート(半水塩、calcium sulfate semihydrate)、硫酸カルシウムハーフハイドレート(半水塩、calcium sulfate half-hydrate)、或いは、硫酸カルシウムヘミハイドレート(半水塩、calcium sulfate hemihydrate)として知られている。

かかる形態では、硫酸カルシウムのそれぞれの分子と関連した約２つの水分子が存在する。

半水塩 (hemihydrate)形状を作る為に、以下の化学式により水和化している水のある部分を放出する為に石膏が仮焼される。

ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ →ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ ＋３／２Ｈ_２Ｏ

硫酸カルシウムヘミハイドレート（半水塩）は、少なくとも２種類の結晶形状を構成することが出来る。
即ち、アルファー焼き石膏は、連続的な工程或いは塊岩工程（lump rock process）によって製造され、それによって、硫酸カルシウム二水塩は圧力下に仮焼される。

当該アルファー焼き石膏は、ベータ焼き石膏よりも少ない針状結晶を形成するので、その結晶を相互に周密に配置する事が出来、その結果、より緻密で強力なプラスターが出来る。

その結晶形態（crystal morphology）は、当該結晶間を水が容易に流れる事が可能であるので、流動性のスラリーを製造するために、必要とされる水の量は少なくて済む。

より長い結晶は、ベータ焼き石膏の特徴である。この結晶構造は、当該結晶がよりルーズに配置されるので製品の密度をより粗くする。

ベータ型は、叉、当該焼き石膏を流動化するためにより多くの水が必要となる。

若し、当該水和物の仮焼工程が大気圧力下で実行される場合には、当該ベータ型が得られるが、その製造コストはアルファー焼き石膏に比べて安くなる。

当該半水塩 (hemihydrate)が水に添加された場合、製造されたスラリーは、当該硫酸カルシウムヘミハイドレートを十分な水と反応させることによって、当該ヘミハイドレートをインターロック化された水化物のマトリックスに変換することによって凝固することが可能になる。

当該マトリックスが形成されると、当該製造されたスラリーは硬くなり、所望の形状を保持する。

当該水硬セメントは、その硬さ、水抵抗性及び寿命が価値あるものとする多くの適用分野、例えば、固体状の構成物に使用される。

耐磨耗性、硬度或いは水抵抗性を必要とする構造物は、しばしば水硬セメントと混合された焼き石膏からなるスラリーで形成されている。

ポルトランドセメントの様なセメントは、ケイ酸カルシウムとアルミン酸塩材料との相対的な緩やかな水和化反応によって凝固する。

従って、硫酸カルシウムヘミハイドレートをセメントに添加することは、早い凝固を早める事になり、その結果、セメントを含む構造物の生産に於ける生産効率を向上させる結果となる。

然しながら、石膏は、水に幾分かは溶解するし、叉当該石膏及び水硬セメントの双方を含んでいる混合物は、セメント単独或いは僅かな量の石膏を含んでいるセメントに比べて水抵抗性がない。

屋外用の鋳造形成物は、風や気候及びそのほかの屋外での危害に対して強く持ちこたえる必要がある。

如何なる添加剤も使用しない場合、焼き石膏スラリーに添加される水の量は、凝固された石膏マトリックスの密度を決定する。

より多くの水が使用されれば、スラリーは体積が増加する。純粋な硫酸カルシウムヘミハイドレートに対する理論的な水の必要量は、１８．６重量％である。

当該水和化された硫酸カルシウムマトリックス形状は、スラリーにより当初に占有されていた容積を満たし、当該石膏マトリックスの結晶割れ目（crystal interstices）内に水をトラップする。

石膏の量を均一化する為に、水が増えるのに比例して過剰の水を取り込む為に、当該割れ目は大きく且つより多数である。

空間の寸法及び数が増加すると、当該マトリックスの密度及び強度の双方は、過剰の水が無いか或いは少ない組成物と比較して減少する。

然しながら、過剰の水を含まないスラリーでは、混合する事が困難であり、特にベータ−焼き石膏が使用される場合は、困難である。

然しながら、若しこの種のタイプでの鋳造形成物の強度を増加させる為に、水を減少刺せる場合には、一般的には、当該水硬材料が凝固するに際して、当該形成物の膨張が増加する。

当該水硬材料が凝固する間、当該水硬材料の膨張は、それらが使用される鋳型の有用な寿命を制限する。

当該膨張された形成物は、当該鋳型に圧力を加え、小さな歪応力による亀裂を形成し、と該亀裂は、連続的な使用と共に大きく成長する。当該鋳型内部の詳細部分が喪失することになる。

その結果、形成物は当該鋳型の弱体化によって変形が発生する。

従って、この分野に於いては、当該鋳造形成物の強力を増加する手段及び凝固するスラリー材料の最小膨張性を創出する手段が必要とされている。

更に、当該鋳造形成物の寸法安定性を維持する必要性があると共に、当該鋳造形成物が形成される当該鋳型の寿命を長期化させる必要性もある。

かかる必要性が満たされると、石膏、或いは石膏と水硬セメントとの混合物を鋳造することによって形成される製品はより強力となり、デザインの細部を維持する事が出来、及び／又は安価に製造できる。

従って、本発明は、上記した従来の問題及びその他の問題を解決するものであり、屋外で使用される石膏セメント形成物を鋳造する為に有用な組成物を提供するものである。

より詳細には、屋外用石膏セメントを形成する為に、水化するスラリーを形成する為に、水と共に用いられる混合物である。

当該混合物は、３０乃至７０重量％の水硬セメント、３０乃至７０重量％の焼き石膏及び０．０５乃至２．５重量％のポリカルボキシレート含んでいる。

当該混合物に、当該混合物の重量に基づく４０重量％以下の水が付加された場合に、硬化する際の膨張が非常に少ないスラリーが形成される。

低膨張率は、当該形成物が当該鋳型のデザインに対してより正確なものとなる様に導かれる。

当該膨張率が大きい場合に発生する様なパターンに於ける変形は存在しない。

当該スラリーが当該鋳型内の全ての詳細部分を取り込むのに、少量の膨張率を有するウルことは望ましい。

然しながら、当該膨張率は、当該鋳型を、離形する操作に際して困難な状態とするには十分ではない。つまり、鋳型からの離形は、当該膨張率が当該鋳造形成物を当該鋳型の壁部に対して外方に向けて押圧している場合には、摩擦によって当該鋳造形成物をその場所に保持しているので、困難となる。

低膨張率は、当該鋳型の寿命を長くする事が出来る。

低膨張率を有する鋳造可能な石膏の組成は、硫酸カルシウムヘミハイドレート（半水塩）、水硬セメント及びポリカルボキシレート分散剤を含んでいる。

硫酸カルシウムヘミハイドレート（半水塩）或いは焼き石膏は鋳造可能な材料の中で主要な組成物である。

係る混合物に水が添加される場合には、当該混合物は、硫酸カルシウムヘミハイドレートの水成スラリーから水和化によって形成された結晶性二水化物マトリックスに変成する組成物を含んでいる。

当該構成物は、凝結体を含まない乾燥構成物の重量を基に少なくとも３０％の硫酸カルシウムヘミハイドレートを含んでいる。

好ましくは、当該凝結体を含まない乾燥構成物は、少なくとも３０重量％のヘミハイドレートを含んでおり、最も好ましくは、少なくとも４０重量％のヘミハイドレートを含んでいるものである。

好ましいアルファーヘミハイドレートは、例えば、ハイドロカル Ａ−ベース、或いはＢ−ベース（HYDROCAL A-Base or B-base）の様な塊岩工程によってユナイテッドステーツギプサムコーポレーション（United States Gypsum Co.）（シカゴ、イリノイズ州）によるハイドロカル Ｃ−ベース、Ｊ−ベース或いはＥ−ベース（（HYDROCAL C-Base J-Base or E-base）の様なスラリー工程、或いは、その他のアルファー状の仮焼されたヘミハイドレート（calcined hemihydrate 半水塩）を製造する方法等から製造されたヘミハイドレートを含むものである。

Ｎｏ１モールディングプラスターは、ユナイテッドステーツギプサムコーポレーション（United States Gypsum Co.）（シカゴ、イリノイズ州）から販売されている好ましいベーターヘミハイドレートである。

合成石膏は、発電所における煙道ガスの脱硫化工程に於いて副生されるものであり、当該合成石膏はベーター焼き石膏に対して同様に使用できる。

採掘された時、生の石膏は二水化物の形で発見される。アルファー焼き石膏であるかべーター焼き石膏であるか、或いはその双方の組み合わせであるかは、製造される製品の望ましい特性、或いは当該焼き石膏の製造コスト或いは利用可能性等基づいて特定の用途に対して選択される。

好ましくは、ベータ―焼き石膏は、可能な限り広範囲で使用される。然しながら、ある具体例では、例えば、非乾燥鋳造方式或いは当該鋳造形成物が高強力を要求される全ての分野では、アルファー型が望ましい。

特定の用途に対する適切な焼き石膏或いはそれらの混合物の選択は、当業者の判断の範囲である。

石膏の様に、水硬セメントは水を伴なう化学的な水和作用によって硬化する。

好ましくは、当該水硬セメントは、ポルトランドセメント、クラスＣセメント、及び他のタイプ５セメント並びにそれらに相当するものである。

これらのセメントは、屋外に設置された場合に最も耐久性があり、当該製品は長期間保持される。その他のセメントは、低膨張率を持つ鋳造組成物を形成する際に適切であると信じられているが、タイプ１及びその他のセメントは、屋外で急速に脆化（age）する。

かかるセメントは、若し、製品の長期寿命が重要ではないか、或いは当該製品の脆化作用を低減化する為に、当該組成物に化学物質が添加される場合には鋳造可能な組成物として好ましい。

最も広範囲に使用されているセメントは、ポルトランドセメント（アルスボルグセメント（ Aalsborg Cement）デンマーク）であり、当該セメントは、特に、本発明に於いて使用するのに適している。

灰色或いは白色セメントのいずれにも使用可能である。

本発明に於いては、ポリカルボキシレート分散剤（dispersants）は、より長い鋳造形成物の寿命に対して改善された寸法安定性を持つ鋳造可能なスラリーを作ると言う事が知得された。

当該ポリカルボキシレートは、叉当該スラリーの流動性を改良するものであり、その結果、流動性のあるスラリーを製造するに際して、要求される水の量は少なくて済む。

かかる特性を当該アルファー石膏の形状における全て或いはその一部を同様の条件でベ−タ−型と置換するのに利用するか或いはより強度が高く、より密度が高い製品を作るために水を減少させる事は、効果がある。

何れがより即時的に利用可能であるかに係わらず、形態が、アルファー或いはベーター焼き石膏のいずれでも使用する様に適合せしめられているので、移送のための費用及び出荷時間も低減される。

水の量は、当該ポリカルボキシレート分散剤を使用する際に必要とされる理論的な水の量と同じかそれより少ない量に減少させることが出来る。

水の添加量を最小化することは、製品を乾燥させるために必要な時間及び／又はエネルギーを減少させるという付加的な利点を有している。

更に、少ない水は、鋳造の際に鋳型によって吸収されそれが叉当該鋳型の再利用の為の乾燥に必要な時間とエネルギーとを減少させる。

当該水を、当該水和反応を完了させる為に理論的に必要なレベルと同一或いはそれ以下のレベルにまで減少させると、凝結体或いはフィラー等に当該形成物の強度を低下させる事無く、水分が付加される。

凝固され乾燥された製品に於いて、ポリカルボキシレートの脆化は、他の添加物を含む製品より良好である。

ポリカルボキシレートは不飽和カルボン酸系のモノマーを含むモノマー混合物の重合により得られたポリマーである。

最も好ましいポリカルボキシレートポリマーである、ＳＫＷポリマー社（ケネソー (Kennesaw) ジョウジア州）により、商品名、メルフラックス（Melflux）１６４１、１６４３、或いは１６４３Ｆの下に販売されているものは、此処に参考文献として示されている米国特許第５７９８４２５号に記載されている様な、オキシアルキレングリコールー・アルキルエーテルと不飽和ジカルボン酸の誘導体を基にした共重合ポリマーである。

その他の適当なポリカルボキシレートはアクリル酸樹脂ラテック、此処に参考文献として示されているヨーロッパ特許第１１３８６９８号に記載されている様な、変成アクリル酸ポリマー、アクリル酸とアクリルアミドとの共重合ポリマー、ポリカルボキシレート主鎖（backbone）或いはポリ（メチルヴィニルエーテル／マレイン酸）或いは当業者に知られている全てのポリカルボキシレート上でポリアルキレン酸化物の様な置換基をグラフトさせることによって得られるポリマーである。

広範囲にわたる当該ポリカルボキシレートの多くの種類は、本発明に使用可能であり、ポリアクリル酸及びアクリル酸ラテックスも本発明に含まれるがこれに限定されるものではない。

好ましくは、当該ポリカルボキシレートは水溶性である。

ポリカルボキシレートポリマーは、少なくとも２つのカルボキシレート塩或いはそのイオングループ、少なくとも２つのカルボン酸グループ、或いは少なくとも１つのカルボキシレート塩或いはイオングループと少なくとも１つのカルボキシレート塩或いはイオングループを含んでいる。

分子量は、約１００，０００から約５，０００，０００ダルトンである事が望ましい。

当該好ましい分子量の範囲外のポリカルボキシレートでも適切でありうるが然し、低い分子量のものは、効果が低い傾向にあり、一方高い分子量のものでは、非常に粘性が高くなり、ポンプするのが困難となる。

当該ポリカルボキシレートの製造方法は当業者に良く知られている。

当該ポリカルボキシレートの分散剤は、乾燥した固形物を基にして約０．０５％から約２．５％の量で添加される。

他の好ましい当該ポリカルボキシレート添加剤の範囲は、存在するであろう如何なる凝結体を除いて、全ての乾燥した固形物を基にして０．０５％から１％或いは、０．０５％から５％を含んでいる。

当該ポリカルボキシレート添加剤の範囲の高い方の上限では、当該水和反応を抑制する事が観察されると共に、製品の強度にいくらかの低下が見られる。

当該添加剤の効果は、それが組成物と共に使用される、当該組成物そのものに依存している。

当該添加剤は、次のものには限定されないが、リグニン、スルフォン化ナフタレン、及び／又はスルフォン化メラミン分散剤等を含んでいる。

基本的なｐＨを持つスラリーを供給する為に、次のものには限定されないが、石灰或いはポルトランドセメントの様なｐＨ制御添加剤の使用は、当該スラリーが高濃度のヘミハイドレートを有している場合には、当該ポリカルボキシレートの作用を向上させる。

水の添加量は、使用されている組成物及びそれが意図される用途に基づいて選択される。

当該ポリカルボキシレートが、セメント或いはアルファー焼き石膏の高い濃度を有する焼き石膏組成物に添加された場合には、稠性(consisitency)が理論的な水の需要よりも低い場合に、流動性のスラリーが得られる。

当該乾燥混合物に対して添加される水の量の範囲は、当該乾燥混合物の重量に対して１３％から同５０％である。

好ましくは、水の量の範囲は、約１３％から約４０％であり、より好ましくは、約２０％から約３０％である。

若し、当該ヘミハイドレートが当該ベーター形式に於ける主体的なものである場合には、好ましい水の範囲は、乾燥構成成分の重量に基ずき、２５％から約４０％重量部の水となる。

混合を容易にするために、好ましい水の範囲は、約２５％から約４０％である。

水の少ない組成物は、約１３％から約２５％の範囲の水を使用する。

添加されるべき適切な水の量の選択は、当業者の知識の範囲内である。

スラリーを形成する為に使用される水は、スラリー及び凝固プラスターの双方の特性を最高に制御する為に、実現可能な範囲で出来るだけ純粋である必要がある。

塩及び有機混合物は当該スラリーの凝固時間を変更することは良く知られており、広く凝固促進剤から凝固抑制剤の間で変化している。

ある種の不純物は、二水化物結晶形状についてインターロックしたマトリックスとして、その構造体内に不均一部分を導入し、それが当該凝固製品の強度を低下させる事になる。

当該製品の強度及び稠性は、従って、出来るだけ不純物の無い水を使用することによって、強化される。

ポリカルボキシレートの使用は、当該石膏セメントが、強度及び密度を低減させること無しに、湿潤した凝結体と混合されるように製造される事を可能とする。

当該ポリカルボキシレートを有する石膏セメントの流動特性を向上させる事は、たとえ、稠性が理論的水の需要よりも少ない場合でも、混合を容易にする。

例えば、理論的な水の需要は、典型的な純度が９３乃至９８％であるヘミハイドレートの場合には、２０乃至２１重量％である。

セメントの理論的な水の需要は、僅かに高い。

ヘミハイドレートとセメントが結合された混合体に関する稠性が１５％よりも低くすることは、ポリカルボキシレート分散剤を添加することによって用意する事が可能である。

若し、凝結体に、理論的な値よりも低い値をもつ稠性を持つ組成物に加えられる水が付加される場合、当該付加された水は、当該ヘミハイドレートとセメントを基礎とする材料の水和化工程を完成させる事を補助する為に使用される。

従って、当該製の密度と強度は、理論的な稠性を持つ製品と比較して影響を受けない。

強固時間は、しばしば、長時間の作業を行う為に遅らされるか或いは早い凝固時間及び仕上げの為に促進される。

ポリカルボキシレートは、高濃度の状態に於いては、反応遅延作用を有しているが、より正確に当該凝固時間を制御するために、付加的な反応遅延剤或いは、反応促進剤が、しばしば使用される。

当該焼き石膏或いは当該セメント組成物を形成する技術分野の当業者は、望ましい凝固時間を得るために、当該促進剤及び当該抑制剤のレベルを如何に調整したらよいかを知っている。

好ましい反応抑制剤は、たんぱく質性抑制剤 (proteinaceous retarders)（インダストリアル ＳＵＭＡ、サンパウロ、ブラジル）、クエン酸ナトリウム(sodium citrate)、クリーム オブ タルタル（Cream of Tartar）及び、ジエチレントリアミン・五酢酸(アクゾ／ノーベル（Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ オランダ）)等が含まれている。

当該凝固時間を促進させる為の添加物は、硫酸アルミニウム或いは硫酸カリウム等の硫酸塩、酸及び乾燥して凝結体のない組成物を基準として、最大限１重量％の量で使用されるたんぱく質抑制剤等を含んでいる。

微細にすり砕かれている当該硫酸カルシウム二水塩は、好ましい反応促進剤である。

当該新しい反応促進剤が供給されると、それは高い効果を示す。然しながら、当該反応促進剤が使用する以前に提供されていると、その効果は低減する。

此処に参照されている米国特許第２０７８１９８号は、糖と混合されたポリカルボキシレートを含む改良された反応促進剤を開示している。

この混合物は、当該ポリカルボキシレートを経年変化による脆化を受ける事が少ない性質のものにする。

共に微細にすり砕かれている当該糖と硫酸カルシウム二水塩との混合物を加熱することによって、当該カラメル化された糖が当該硫酸カルシウム二水塩上に被膜を形成する事は、此処に参照されている米国特許第３５９３９４７号に示されている。

当該溶融した糖の被膜は当該硫酸カルシウム二水塩を更に安定化し、経時劣化に対する効果を、非加熱状の糖／二水化物混合物に比べて顕著に向上させる。

この方法で準備されたすり砕かれた硫酸カルシウム二水塩は、“ＣＳＡ”(United States Gypsum Co., Chicago, IL) に示される様な実施例を参照する。

当該組成物に当該混合物を添加する場合、当業者に知られている全ての凝結体が使用可能である。砂は、その低コスト及び何時でも利用出来るという理由から最も一般的に使用されている凝結体である。

当該凝結体は、完成製品の密度を変更する為に、選択される。モーホーク メディウム サンド(Mohawk Medium sand)、リッチ ミックス ファイン サンド(Rich Mix Fine sand)、アトランタ サンド(Atlanta sand)、ドーサン サンド(Dothan sand)、フロリダ サンド(Florida sand)等を含む広範囲の砂が本発明に於いて使用出来る。

以下のものには限定されるものではないが、岩石(rock)、砂利(gravel)、シカリ蒸気(silica fume)の様な、より重い凝結体は、製品の密度を高めるが、一方では、ハダイト（hadite）、軽石（pumice）、粘度鉱物（clay）、泡（foam）、ひる石(vermiculite)或いは中空小球等は、密度を低下させる事になる。

例えば、真珠岩(perlite)、飛散灰(flyash)或いはスラグ(slag)等の如何なる形式のフィラーも本発明で使用出来る。

当該凝結体は、乾燥状態を基準として当該凝結体を含まない組成物に対して最大３００重量％の量が組成物に添加される。

本発明に於ける当該焼き石膏の組成物は、特定の用途に基づいて、任意的に更に複数の添加剤を有している。

これらの添加剤は、消泡剤(defoamers)、増量剤(thickeners)、高分子樹脂、防腐剤(preservative)及びその他の添加剤を含むことが出来る。

特定の目的の為の添加剤及び適切な濃度は当業者に知られている。

顔料、染料或いはステイン（stain）の様な着色剤も、添加剤として有用である。当該消泡剤は、１０重量％以下の量に於いて有用である。

好ましい消泡剤は、フォーマスターＣＮ（Foamaster CN,Astro Chemicals,
Kankakee IL) である。

全ての知られた着色剤が本発明に於いて使用出来る。二酸化チタンは特に当該組成物を白色化するのに有効である。

当該着色剤は、係るタイプの組成物のために従来から使用されていた方法による量が使用され且つ添加される。

エロテックス（Elotex）１０１８４或いは５０Ｅ２００（National Starch & Chemical Bridgewater, NJ）或いはヴィンナパス(VINNAPAS)ＰＲ−２２６(Wacker Polymer Systemes, LP, Adrian, MI)等の高分子樹脂は、任意的に当該スラリーの特性を変更する為に添加される。

係る添加剤の使用は、高い品質の製品を製造するために何ら特定の混合工程或いは製造条件を要求するものではない。

選択されたその添加剤に基づいて、当該添加剤は、液状形態、乾燥形態或いは双方の形態に於いて利用可能である。

若し液状形態で使用された場合には、当該添加剤の濃度は、乾燥状態を基礎に決定される。典型的には、湿潤した構成成分は、当該乾燥状態の組成物に対する添加の前に水と共に混合される。

乾燥状態の構成成分は、しばしば粉末供給装置を使用して、事前混合され、次いで当該乾燥状態の複合物は、既に湿潤化された成分を有する混合水に添加される。

本発明に於ける当該添加剤は、一般的な混合技術と対比できるものであり或いは当業者により知られている様な他の混合方法に適用する事も出来る。

これらの叉その他の具体例は以下の実施例に説明されている。

当該実施例に於いては、特に説明が無い限り、リストに記載されている全ての量はポンドで表示される。

叉、濃度及びパーセンテージは、乾燥状態の凝結体を含まない状態に基づいて計算されている。

特に断りのない限り、乾燥状態の組成物に基づいて４０００グラム（g）のサンプルが用意されている。

予め定められた量の脱イオン化水が測定されそしてミキシングボールに注がれた。

乾燥状態のブレンドされた材料は、水に添加され、そして時間は、凝固時間を決定する為の開示時点として示されている。

当該ミキシングボールは、ホバートミキサー(Hobart mixer)上に搭載されてい、約５秒間揺すぶられた。

一分間の濡れ処理(soaking)後、当該材料は、２分間、低速度で混合される。

その後、当該ミキシングボールは当該ミキサーから取り外され、全ての材料が均一に混合される事を確実にする為に、約１５秒間当該内容物を攪拌した。
凝固時間の基準は、此処に参照されている、ＡＳＴＭ，Ｃ−４７２のブイアイカット（Vicat）を参照している。

当該ブイアイカットによる凝固時間は、手作業による混合の為に当該プラスターが水に添加された時点から開始され、その時間から当該スラリーは、機械混合の為に、当該ミキサーを離れる。

サンプルは、乾燥された凝結体を含まない材料について最大５０グラム(grams)となる様に作られ、そして、望ましい用途に対する通常の稠性を形成するための十分な水を用意した。

当該サンプルは、アクリル系シート上に撒かれ、パイ状の層状体(patty)を形成する。

３００グラムのブイアイカット針が当該パイ状の層状体の中央部と該縁端との間中間部に、当該パイ状の層状体の表面に垂直な方向に保持された
当該針は、当該パイ状の層状体の表面に向けて保持されており、解放されると、それ自身の重量で自由落下する。

当該凝固時間は、当該針が当該パイ状の層状体を突き抜けて当該パイ状の層状体の底部に到着できなかった時点と決定する。

若し、突き抜けの程度が明確でない場合は、当該針は、僅かな押圧力が与えられて、針が支持板の表面に接触したか否かで判断する。

実施例１
特定規格の屋外用石膏セメントは表１に従って用意された。

当該表１に関し、ポリカルボキシレートの量の変化は表２に記載された。

表 １
特定の屋外用石膏セメント
構成成分 量
アルファー焼き石膏 ２０００ｌｂｓ．（９０８ｋｇ）
白タイプ５セメント ２０００ｌｂｓ．（９０８ｋｇ）
硫酸カリウム １０．０ｌｂｓ．（４．５ｋｇ）
硫酸アルミニウム ４．５〜６．０ｌｂｓ．（２．０−２．７ｋｇ）
可塑剤 １９．２〜１９．５ｌｂｓ．（８．７０−８．９ｋｇ）
消泡剤 ４．０ｌｂｓ．（１．８ｋｇ）
上記の基本的な規格は、下記の表２に示す様に、様々な量のポリカルボキシレートを添加することによって変成された。

当該硫酸アルミニウムと硫酸カリウム２つの材料バッチは、未知の比率で混合されていたので、当該硫酸アルミニウムと可塑剤の使用量は範囲として示されている。

当該混合された乾燥混合物に於けるそれぞれの構成成分の実際の量は、正確には判らないが、以下のデータに於いて、ポリカルボキシレートの量のみが変化している事を考慮すると、それらは一定である。

以下のそれぞれのサンプルに於いて示されている様に、上記の基体である石膏セメントの５０グラムが、メルフラックス(Melflux)１６４１ポリカルボキシレートによって変成されていた。

上記した当該パイ状の層状体の厚みが４・１／４”（１０．８ｃｍ）に成るまで当該混合物に水が添加された。

それぞれのサンプルに添加された水の量、当該パイ状の層状体の直径及びそれぞれのサンプルの凝固時間は以下の表２に示されている。

表 ２
ポリカルボキシレートの量の変化に伴なう水の消費量及び凝固時間
識別子 ポリカルボキシ パイ状の層状体、 凝固 水
レートの量 の直径 時間 cc/100g
Ａ 0.0g 4-1/8"(10.5cm) 20min. 48
Ｂ 0.025g 4-1/8"(10.8cm) 18min. 38
Ｃ 0.050g 4-5/16"(11.6cm) 19min. 28
Ｄ 0.075g 4-7/16"(11.3cm) 13min. 24
Ｅ 0.10g 4-1/2"(11.4cm) 13min. 20
Ｆ 0.125g 4-1/2"(11.4cm) 13min. 19
Ｇ 0.150g 4-5/16"(11.0cm) 14.5min. 18
Ｈ 0.175g 4-1/4"(10.8cm) 17min 17
Ｉ 0.20g 4-3/16"(10.6cm) 20min. 16
Ｊ 0.225g 4-1/2"(11.4cm) 22min. 16
Ｋ 0.250g 4-1/2"(11.4cm) 23min. 15.5
当該ポリカルボキシレートの量が増加するにつれて、当該サンプルの水の消費量は減少する。当該テストサンプルの凝固時間は、当初は当該水の添加量の理論的なレベルに略近づくまで、当該ポリカルボキシレートの濃度が上昇するにつれて減少しているが、その後は、当該ポリカルボキシレートの量が増加して、当該添加剤が抑制剤として作用するにつれて増加する。

実施例４
鋳造構造物の膨張は、２個のサンプルを膨張メーターで試験することによって検査した。

サンプルＡは、２５００グラムのＭＶＡ１６４１のポリカルボキシレートが添加されている表１に示すベース・ギプサム・セメント(Base Gypsum Cement)の製品から製造された。

サンプルＢは、２５００グラムのサンプルで、サンプルＡと同じ構成であるが、メラミン分散剤が３０．７５ポンドと表３にリストされている様に、可塑剤に換えてバッチ毎に硫酸アルミニウムが１３．０ポンドを含む材料からなる。

叉、２５００グラムの中間的なモーホーク砂（Mohawk sand）それぞれのサンプルに添加された。

表 ３
膨張試験
構成成分 サンプルＡ サンプルＢ
アルファー焼き石膏 2000lbs.(908kg) 2000lbs.(908kg)
タイプ５セメント 2000lbs.(908kg) 2000lbs.(908kg)
硫酸カリウム 10lbs.(4.5kg) 10lbs.(4.5kg)
硫酸アルミニウム 4.5-6.0lbs(2.0-2.7kg) 13lbs.(5.9kg)
メラミン分散剤 19.2-19.5lbs.(8.7-8.9kg) 30.75lbs.(14.0kg)
消泡剤 4.0lbs.(1.8kg) 4.0lbs.(1.8kg)
サンプルサイズ 2500g 2500g
メルフラックス１６４１ 6.25g 0g
水 500g 625g
膨張率％ 0.006% 0.047%
当該膨張率は膨張メーターでテストされた。

テストされたスラリーは標準的なサイズを有する鋳型内に注入され、ブイアイカット（Vicat）凝固迄維持された。

膨張メーターのプローブは当該サンプルの表面に置かれ、装置は０に設定された。

サンプルの膨張は、当該サンプルが連続的に硬化する際に当該プローブにより測定された。

当該ポリカルボキシレート添加剤を含み且つ稠性が低いサンプルＡでは、低い膨張が測定された。

このことは、水の消費量が少ない事は、膨張が大きくなると言う一般的に受け入れられていた事実と比べると格別に驚くべきことである。

然しながら、当該ポリカルボキシレートが低い膨張性を提供することは、鋳物形成物の膨張が望ましいパターンに歪を発生させたり、当該鋳物形成物を鋳型から取り出す際の困難性及び鋳型の寿命を短くしてしまう事を考慮すると利点がある。

此処で示されている具体例及び実施例は本発明を説明する為に使用しているものであり、如何なる状態であっても本発明をこれに特定する事を意図したものではない。

本発明に於ける追加的な具体例や使用例は、本発明の技術分野における当業者に明らかなものである。

Claims (21)

1. 屋外用石膏セメントを形成する為に、水和してスラリーを形成する為に、水と共に用いられる混合物であって、当該混合物は、
   水硬セメントが３０乃至７０重量％
   焼き石膏が３０乃至７０重量％及び
   ポリカルボキシレートが０．０５乃至２．５重量％
   を含んでいる事を特徴とする混合物。
2. 当該焼き石膏は、アルファー焼き石膏である事を特徴とする請求項１に記載の石膏セメント混合物。
3. 当該組成は、３５乃至６５重量％の水硬セメントを含んでいる事を特徴とする請求項１に記載の石膏セメント混合物。
4. 当該組成は、３５乃至６５重量％の焼き石膏を含んでいる事を特徴とする請求項１に記載の石膏セメント混合物。
5. 当該セメントは、タイプ５セメント（Type 5 cement）である事を特徴とする請求項１に記載の石膏セメント混合物。
6. 当該組成は、０．０５乃至１重量％のポリカルボキシレートを含んでいる事を特徴とする請求項１に記載の石膏セメント混合物。
7. 当該ポリカルボキシレートは、水溶性である事を特徴とする請求項１に記載の石膏セメント混合物。
8. 当該ポリカルボキシレートは、約１００，０００から約５，０００，０００ダルトン（Daltons）の範囲の分子量を有するものである事を特徴とする請求項１に記載の石膏セメント混合物。
9. 当該ポリカルボキシレートは、オキシアルキレングリコールー・アルキルエーテルと不飽和ジカルボン酸の誘導体から構成されている事を特徴とする請求項１に記載の石膏セメント混合物。
10. 当該ポリカルボキシレートは、アクリル樹脂ラテックス、変成されたアクリル系ポリマー、アクリル酸及びアクリルアミドとの共重合体、ポリカーボネート主鎖（backbone）或いはポリ（メチルヴィニルエーテル／マレイン酸）上でポリアルキレン酸化物をグラフトさせることによって得られるポリマーを含んでいる事を特徴とする請求項１に記載の石膏セメント混合物。
11. 当該混合物は、更に少なくとも１つの凝固促進添加剤或いは凝固抑制添加剤の何れかを含んでいる事を特徴とする請求項１に記載の石膏セメント混合物。
12. 当該添加剤は、少なくとも、硫酸アルミニウム、硫酸カリウム、酸、たんぱく質抑制剤（proteinaceous retarders）及び硫酸カルシウム二水塩の内の１つを含んでいる事を特徴とする請求項１１に記載の石膏セメント混合物。
13. 当該硫酸カルシウム二水塩は、糖と共に微細な状態にすり砕かれている事を特徴とする請求項１２に記載の石膏セメント混合物。
14. 当該混合物の１００部が、スラリーを作る為に４０部以下の水と混合される場合には、当該スラリーは、硬化する際に０．０１％以下の膨張を示す事を特徴とする請求項１に記載の石膏セメント混合物。
15. 水硬セメント、
    焼き石膏
    ポリカルボキシレート及び
    乾燥構成成分１００重量部あたり４０部より少ない量の水とを含んでいる事を特徴とする石膏セメントスラリー組成物。
16. 当該水は、乾燥構成成分１００重量部あたり２５部以下である事を特徴とする請求項１５に記載のスラリー。
17. 当該組成物の総固形成分１００重量部あたり、当該水硬セメントは、３０乃至７０部の量存在し、当該石膏セメントは３０乃至７０部の量存在し、当該ポリカルボキシレートは０．１０乃至１０部存在している事を特徴とする請求項１５に記載のスラリー。
18. 当該ポリカルボキシレートは、オキシアルキレングリコールー・アルキルエーテルと不飽和ジカルボン酸の誘導体から構成されている事を特徴とする請求項１５に記載のスラリー。
19. 当該スラリーは、それが硬化する際に０．０１％以下の膨張を示す事を特徴とする請求項１５に記載のスラリー。
20. 約３０部乃至約７０部の焼き石膏、約３０部乃至約７０部の水硬セメント及び約０．１部乃至１０部のポリカルボキシレートとを含む乾燥構成成分を計量する工程、
    当該乾燥構成成分の１００重量部あたり４０部以下水を計量する工程、
    当該乾燥構成成分を水に混合する工程、
    スラリーを形成する工程
    当該スラリーを、鋳造形成物を形成する為に、適切な形状を有する鋳型内に注入する工程、
    当該スラリーを硬化させる工程、及び
    鋳造形成物を鋳型から取り出す工程
    とから構成されていることを特徴とする鋳造形成物の製造方法。
21. 当該方法は、更に、当該スラリーの注入工程以前に、当該スラリーに湿潤状の凝結体を添加する工程を含んでいる事を特徴とする請求項２０に記載の方法。