在石膏墻板中高的羥乙基化淀粉水平和高的分散劑水平的制作方法
【專利摘要】本發明涉及在石膏墻板中高的羥乙基化淀粉水平和高的分散劑水平。本發明總體上提供了包括灰泥、一種羥乙基化的淀粉、萘磺酸鹽分散劑、以及三偏磷酸鈉的含石膏的漿料。該萘磺酸鹽分散劑是以基于干灰泥的重量按重量計約0.1%–3.0%的量存在。該羥乙基化的淀粉是以基于該配方中的干灰泥的重量從按重量計約0.5%到按重量計約10%的量存在。該三偏磷酸鈉是以基于干灰泥的重量按重量計約0.1%–0.4%的量存在。其他漿添加劑可以包括促進劑類、粘合劑類、紙纖維、玻璃纖維、以及其他已知的成分。本發明還包括用這些漿料制造的含石膏產品例如輕質石膏墻板，以及制造輕質石膏墻板的一種方法。
【專利說明】在石霄墻板中局的輕乙基化;疋粉水平和局的分散劑水平
[0001]本申請是申請日為2008年10月15日，申請號為200880110144.5，發明名稱為“在石膏墻板中高的羥乙基化淀粉水平和高的分散劑水平”的發明專利申請的分案申請。
[0002]本申請是2006年11月2日提交的美國專利申請號11/592,481的部分繼續申請，本申請也是2006年6月7日提交的美國專利申請號11/449，177的部分繼續申請，并且本申請也是2006年6月2日提交的美國專利申請號11/445,906的部分繼續申請，各項申請都要求2005年6月9日提交的美國臨時申請號60/688，839的權益。上述各項專利申請的全部內容均通過弓I用結合在此。
【技術領域】
[0003]本發明涉及制造包含一種羥乙基化的淀粉、一種萘磺酸鹽分散劑、以及三偏磷酸鈉的石膏漿的一種方法，以及由其制造的產品。它還涉及在用于制造這些產品的漿料中通過使用與一種羥乙基化的淀粉和三偏磷酸鈉結合的一種萘磺酸鹽分散劑而提高含石膏產品(包括墻板)的干強度的一種方法。
【背景技術】
[0004]石膏(二水合硫酸鈣)的某些特性使它在制造工業和建筑產品(如石膏墻板)的應用中很受歡迎。石膏是一種充裕的并且總體上廉價的原料，通過脫水和再水合的方法，可以將其鑄造、模塑或以其他方式形成有用的形狀。制造石膏墻板和其他石膏產品所來源的基體材料是硫酸鈣的半水合物形式(CaSO4.1/2H20)，通常稱作“灰泥”，它是通過硫酸鈣的二水合物形式(CaSO4.2H20)的加熱轉化(從中去除了 1-1/2水分子)而生成的。
[0005]常規的含石膏產品(如石膏墻板)具有許多優點，例如低成本和易于加工性，然而當這些產品被切割或鉆孔時會產生大量的石膏粉塵。使用淀粉作為在用于制造這些產品的漿料中的成分已經在制造這些含石膏產品中實現了不同的改進。預膠凝淀粉，像膠水一樣，可以提高包括石膏墻板的含石膏產品的撓曲強度和抗壓強度。己知的石膏墻板包含小于約101bs/MSF水平的淀粉。
[0006]為了保證該漿料有適當的可流動性，在含預膠凝淀粉的石膏漿料中還有必要使用大量的水。不幸的是，該水的大部分最終必須通過干燥除去，而這是昂貴的，因為在該干燥過程中使用高成本的燃料。這一干燥步驟也是費時的。已經發現使用萘磺酸鹽分散劑能提高這些漿料的流動性，由此克服該需水問題。此外，還已經發現如果使用水平足夠高，這些萘磺酸鹽分散劑能交聯到該預膠凝淀粉上，以便在干燥后將石膏晶體粘合到一起，由此提高該石膏復合物的干強度。因此，該預膠凝淀粉和該萘磺酸鹽分散劑的組合在將凝固石膏晶體粘合到一起上提供了類似膠水的作用。在過去，沒有認識到三偏磷酸鹽影響石膏漿料的水需求。然而，諸位發明人已經發現，在一種特定分散劑的存在下將該三偏磷酸鹽的水平增加到迄今未知的水平上使之有可能用出人意料地減少的水實現漿料的適當的可流動性量，甚至是在高淀粉水平的存在下。這當然是所非常希望的，因為它進而減少了用于干燥的燃料使用連同與隨后的除水處理步驟相關的加工時間。因此，諸位發明人還已經發現，石膏板的干強度可以通過在用于制造該墻板的漿料中使用與預膠凝淀粉結合的一種萘磺酸鹽分散劑而提聞。
[0007]本發明的石膏墻板應區別于不具有面層薄板的吸聲板或磚。并且，本發明的墻板應區別于包括聚苯乙烯作為一種輕質骨料的吸聲板或磚。重要的是，上述吸聲板或磚不符合適用于石膏墻板的多項ASTM標準。例如，已知的吸聲板不具有石膏墻板(包括本發明的那些)所要求的撓曲強度。相反，為了使吸聲板或磚符合ASTM標準，這些吸聲板或磚的暴露表面需要具有中空的空隙或凹陷，這些空隙或凹陷在石膏墻板中是不希望的，并且會對拔釘阻力特性產生不利影響。
[0008]粉塵產生是在所有墻板安裝的過程中的一個潛在問題。例如，當石膏墻板通過切害I]、鋸割、開槽、折斷、釘或螺釘固定、或鉆孔進行加工時，會產生大量的石膏粉塵。為了本披露的目的，“起塵”和“粉塵產生”是指在一種含石膏產品的加工過程中，例如通過切割、鋸割、開槽、劃刻/折斷、釘或螺釘固定、或鉆孔該墻板，氣載塵埃釋放進入周圍的工作空間中。加工總體上還可以包括正常的板處理，包括在運輸、搬運、和安裝過程中出乎意料地刮削或磕碰這些板時產生的粉塵。如果可以找到一種方法來生產低密度墻板，其中顯著降低這種粉塵產生，將是對本領域的一項特別有用的貢獻。
[0009]預膠凝淀粉可以提供有用的含石膏的漿料。與常規的、酸改性的淀粉比較，預膠凝淀粉的一個缺點是需水量更高。因此，要求更高的水-灰泥之比以便用預膠凝淀粉制造一種具有適合墻板形成的流動性的一種漿料。而且，如果可以找到增加在一種包含一種替代的淀粉、一種萘磺酸鹽分散劑、以及三偏磷酸鈉的特別的含石膏的漿料中的流動性、同時保持足夠的強度或者提高在一種成品石膏墻板中的強度的方法，將是對本領域的一種有用的
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【發明內容】
[0010]本發明總體上包括一種包括灰泥、一種羥乙基化的淀粉、萘磺酸鹽分散劑、以及三偏磷酸鈉的漿料。該萘磺酸鹽分散劑以基于干灰泥的重量按重量計約0.1% - 3.0%的量存在。該羥乙基化的淀粉以基于該配方中的干灰泥重量的從按重量計約0.5%到按重量計約10%的量存在。該三偏磷酸鈉以基于干灰泥的重量按重量計約0.1% - 0.4%的量存在。其他漿料添加劑可以包括促進劑類、粘合劑類、紙或玻璃纖維類以及其他已知的組分。本發明還包括用這些漿料制造的含石膏產品。
[0011]一種優選的含石膏產品是石膏墻板。在本實施方案中，本發明構成石膏墻板，該石膏墻板包括在兩個基本上平行的覆蓋薄板之間形成的一個凝固石膏組合物，該凝固石膏組合物是使用水、灰泥、一種羥乙基化的淀粉、一種萘磺酸鹽分散劑、以及三偏磷酸鈉的含石膏的漿料制造的。根據本發明制造的石膏墻板具有出乎意料的高強度，然而重量比常規板低得多。
[0012]在另一個實施方案中，本發明構成一種通過混合含石膏的漿料來制造石膏墻板的方法，該漿料包括水、灰泥、一種羥乙基化的淀粉、萘磺酸鹽分散劑、以及三偏磷酸鈉，其中該羥乙基化的淀粉以基于灰泥的重量至少按重量計約0.5%高達按重量計約10%的量存在。將該合成的含石膏的漿料沉積在一個第一紙覆蓋薄板上，并且將一個第二紙覆蓋薄板放置在該沉積的漿料上以形成一種石膏墻板。在該含石膏的漿料已經硬化至足夠切割之后，切割該石膏墻板，并且干燥該合成的石膏墻板。其他常規的成分也將用于該漿料中，包括適當時，促進劑類、粘合劑類、紙纖維、玻璃纖維、以及其他已知的成分。通常加入一種肥皂泡以減少該石膏墻板產品的密度。
[0013]本發明總體上包括一種低塵石膏墻板，該低塵石膏墻板包括在兩個基本上平行的覆蓋薄板之間形成的一個凝固石膏芯，該凝固石膏芯具有的總空隙體積為從約75%到約95%，該凝固石膏芯由一種含石膏的漿料制成，該含石膏的漿料包括水、灰泥、預膠凝淀粉、以及一種萘磺酸鹽分散劑，其中該預膠凝淀粉以基于灰泥的重量從按重量計約0.5%到按重量計約10%的量存在。優選地，該萘磺酸鹽分散劑以基于干灰泥的重量按重量計約0.1% - 3.0%的量存在。任選地，三偏磷酸鈉以基于灰泥的重量按重量計至少約0.12%的量存在。在一個優選的實施方案中，該三偏磷酸鈉以基于干灰泥的重量按重量計約0.12% -0.4%的量存在。
[0014]在一個優選的實施方案中，本發明包括低塵石膏墻板，該低塵石膏墻板在兩個基本上平行的覆蓋薄板之間形成的、包括預膠凝淀粉以及一種萘磺酸鹽分散劑的一個凝固石膏芯，該凝固石膏芯具有的總空隙體積為從約80%到約92%，其中至少60%的總空隙體積包括平均直徑小于約100微米的空氣空隙，并且該凝固石膏芯具有的密度為從約IOpcf到約30pcf。術語“pcf”被定義為磅每立方英尺(lb/ft3)。該凝固石膏芯是由一種含石膏的漿料制成，該含石膏的漿料包括灰泥、預膠凝淀粉、以及一種萘磺酸鹽分散劑，其中該預膠凝淀粉以基于灰泥的重量從按重量計約0.5%到按重量計約10%的量存在。優選地，該萘磺酸鹽分散劑以基于干灰泥的重量按重量計約0.1% - 3.0%的量存在。
[0015]根據本發明制造的石膏墻板具有高強度，但重量比常規墻板低得多。此外，已經發現通過確保在該凝固石膏芯中的總芯空隙體積為從約75%到約95%、并且優選從約80%到約92%，在切割、鋸割、開槽、折斷、釘或螺釘固定、或鉆孔根據本實施方案制造的墻板時會產生更少的粉塵。
[0016]在又另一個實施方案中，本發明構成通過混合一種含石膏的漿料來制造高強度、低塵石膏墻板的一種方法，該漿料包括:水、灰泥、預膠凝淀粉、以及一種萘磺酸鹽分散劑，其中該萘磺酸鹽分散劑以基于干灰泥的重量按重量計約0.1% - 3.0%的量存在，其中該預膠凝淀粉以基于灰泥的重量按重量計至少約0.5%高達按重量計約10%的量存在，并且將足夠的肥皂泡加入該含石膏的漿料中以形成一個總空隙體積(包括空氣空隙，在一種成品墻板中為從約75%到約95%)。將該合成的含石膏的漿料沉積在一個第一紙覆蓋薄板或者其他適當的覆蓋薄板上，并且將一個第二紙覆蓋薄板或者其他適當的覆蓋薄板放置在該沉積的漿料上以形成一種石膏墻板。在該含石膏的漿料已經硬化至足以切割之后，切割該石膏墻板，并且干燥該合成的石膏墻板，以提供在該成品墻板中總空隙體積(包括空氣空隙)為從約75%到約95%的一個凝固石膏芯。該含石膏的漿料可任選地包含一種三偏磷酸鹽，例如三偏磷酸鈉。其他常規的成分也將用于該漿料中，包括適當時，促進劑類、粘合劑類、防水劑類、紙纖維、玻璃纖維、粘土、生物殺蟲劑、和其他已知的成分。
[0017]在又另一個實施方案中，本發明構成使用低塵石膏墻板的一種方法，該方法為:通過提供具有一個凝固石膏芯的一種低塵石膏墻板，該凝固石膏芯的總空隙體積為從約75%到約95%，其中至少60%的總空隙體積包括平均直徑小于約100微米的空氣空隙并且包括平均直徑小于約5微米的水空隙；以生產石膏粉塵的方式(例如切割、鋸割、開槽、劃刻/折斷、釘或螺釘固定、或鉆孔)加工該墻板；并且在這些空隙中捕獲實質性部分的石膏粉塵。
[0018]實施本發明的最佳方式
[0019]現在已經出乎意料地發現，羥乙基化的淀粉具有更低的需水量同時增加在一種含石膏的漿料中的流動性。而且，由包括水、灰泥、一種羥乙基化的淀粉、萘磺酸鹽分散劑、以及三偏磷酸鈉的含石膏的漿料制備的成品石膏墻板顯示出改進的強度特性、特別是拔釘性倉泛。
[0020]羥乙基化的淀粉，有時被稱為“乙基化的淀粉”，必須用于根據本發明制備的含石膏的楽料中。一種優選的輕乙基化的淀粉是S_Size30G,可從PacMoore Products,Hammond,Indiana獲得的一種改性的玉米淀粉,具有下列典型分析:水分10至13%, pH5.0至7.5,粒徑95%通過100篩目，比重1.50，分子量:大于約10，000，堆密度35?。€。參見實例11。
[0021]羥乙基化的淀粉應以基于在該含石膏的漿料中使用的干灰泥重量的按重量計至少約0.5%高達按重量計10%的量使用。在一個優選的實施方案中，羥乙基化的淀粉以基于干灰泥的重量按重量計約3%的量使用。
[0022]預膠凝淀粉可以用于根據本發明制備的含石膏的漿料中。一種優選的預膠凝淀粉是預膠凝玉米淀粉，例如可從Bunge Milling (密蘇里州，圣路易斯)公司獲得的預膠凝玉米淀粉，具有如下典型分析:水分7.5%，蛋白質8.0%，油0.5%，粗纖維0.5%，灰0.3% ;具有
0.48psi的生坯強度；并且具有35.01b/ft3的松密度。預膠凝玉米淀粉應以基于在該含石膏的漿料中使用的干灰泥的重量按重量計至少約0.5%高達按重量計10%的量使用。
[0023]在含石膏的漿料中的增加的流動性與較低的粘度有關。已經發現，與用其他淀粉制造的漿料相比，在根據本發明制造的一種含石膏的漿料中使用的一種羥乙基化的淀粉、萘磺酸鹽分散劑、以及三偏磷酸鈉的一種特別的組合提供了更低的粘度以及更好的成膜特性。例如，在包括預膠凝淀粉的水性樣品中，粘度相對效高，同時在蒸煮時產生了具有良好強度的薄膜。在包括羥乙基化的淀粉以及一種分散劑的水性樣品中，粘度降低，同時產生了一種過于柔性的薄膜。在包括羥乙基化的淀粉、一種分散劑、以及三偏磷酸鈉的水性樣品中，粘度降低，同時產生了一種強的、而且有彈性的薄膜。參見實例12。
[0024]無意受理論所束縛，在用于生產一種石膏墻板的一種含石膏的漿料中使用的一種羥乙基化的淀粉、萘磺酸鹽分散劑、以及三偏磷酸鈉的特別的組合提供了出乎意料地增強了的交聯以提供一種更柔性的、而且強的并且有彈性的薄膜，該薄膜產生了比預測到的其他方式好得多的拔釘特性以及其他強度特性。
[0025]根據本發明的一個實施方案，提供了由包含灰泥、一種羥乙基化的淀粉、萘磺酸鹽分散劑、以及三偏磷酸鈉的含石膏的漿料制成的成品含石膏產品。該萘磺酸鹽分散劑以基于干灰泥的重量按重量計約0.1% - 3.0%的量存在。該羥乙基化的淀粉以基于該配方中的干灰泥的重量從按重量計約0.5%到按重量計約10%的量存在。該三偏磷酸鈉以基于干灰泥的重量按重量計約0.1% - 0.4%的量存在。在該漿料中可以使用的其他成分包括粘合劑、紙纖維、玻璃纖維、和促進劑。通常將一種肥皂泡加入這些新配制的含石膏的漿料中以減少該成品含石膏產品例如石膏墻板的密度。
[0026]諸位發明人進一步發現，在按重量計約0.1%到按重量計約3.0%的的萘磺酸鹽分散劑的存在下，通過使用至少按重量計約0.5%高達按重量計約10%的預膠凝淀粉(優選預膠凝玉米淀粉)可獲得干強度(特備是在墻板中)的出乎意料的提高(淀粉和萘磺酸鹽的水平都是基于在該配方中存在的干灰泥的重量)。不管水溶性偏磷酸鹽或多磷酸鹽是否存在，都可獲得這一出乎意料的結果。
[0027]此外，出乎意料地發現，預膠凝淀粉可以至少約101b/MSF或更高的水平用于根據本發明制造的干石膏墻板中，而還能實現高強度和低重量。在該石膏墻板中的預膠凝淀粉高達35-451b/MSF的水平已經被證明是有效的。例如，如下表I和表2所示的配方B包括451b/MSF，而還產生了具有優異強度的10421b/MSF的板重量。在該實例(配方B)中，一種作為按重量計45%的萘磺酸鹽分散劑的水溶液是以按重量計1.28%的水平使用的。
[0028]當該萘磺酸鹽分散劑三偏磷酸鹽組合與預膠凝玉米淀粉、并任選地與紙纖維或玻璃纖維相結合時，用本發明實現了更加出乎意料的結果。由包含這三種成分的配方制成的石膏墻板具有增加的強度和減少的重量，并且由于在它們的制造中減少了水需求而更加經濟可行。紙纖維的有用濃度可以是基于干灰泥的重量高達按重量計約2%。玻璃纖維的有用的水平可以是基于干灰泥的重量高達按重量計約2%。
[0029]還已經出乎意料地發現，當該凝固石膏芯的總空隙體積為從約80%到約92%時，使用包括灰泥、預膠凝淀粉、以及一種萘磺酸鹽分散劑、以及適當量的肥皂泡的一種含石膏的漿料制造的石膏墻板不僅提供了大約10至30pcf的非常低的板芯密度(并且因而低的板重量)，而且提供了在正常板處理時以及在加工例如像切割、鋸割、開槽、劃刻/折斷、釘或螺釘固定、或鉆孔時的低的起塵。這種墻板因此比其他已知的產品更易于切割。該肥皂泡的引入產生了小的空氣(泡)空隙，其直徑平均可小于約100微米，但總體上直徑大于約10微米，并且優選直徑大于約20微米。本發明要求這些小氣泡，與蒸發的水的空隙(總體上直徑約5微米或更小，通常直徑小于約2微米)一起，總體上遍及在這些成品墻板產品中的凝固石膏芯而均勻地分布。例如，該凝固石膏芯具有的總空隙體積可以為從約80%到約92%，其中至少60%的總空隙體積包括平均直徑大于約10微米的空氣空隙，并且至少10%的總空隙體積包括平均直徑為小于約5微米的水空隙。人們相信以這種方式制備的低密度板芯(該凝固石膏芯的總空隙體積的從約80%到約92%作為空氣空隙和水空隙(總芯空隙體積))，當切害I]、鋸割、開槽、折斷、釘或螺釘固定、或鉆孔這些板時，在暴露的空隙中捕獲了大量的小粉塵和其他碎片，這樣粉塵產生顯著減少并且不會浮游在空氣中。
[0030]半水合硫酸鈣(灰泥)的再水合以及隨之發生的硬化需要特定的、理論量的水(1-1/2摩爾水/摩爾灰泥)以形成二水合硫酸鈣晶體。然而，該商業方法普遍需要過量的水。這種過量的處理水在該石膏晶體基質中產生蒸發水空隙，總體上這些蒸發水空隙的形狀相當不規則，并且還與其他水空隙互連，在凝固石膏晶體之間以總體上連續的網狀形成不規則通道。相反，空氣(泡)空隙用肥皂泡被引入該石膏漿料中。空氣空隙的形狀總體上是球形/圓形的，并且還是總體上與其他空氣空隙分開的，并且因此總體上是不連續的。這些水空隙可以分布在這些空氣空隙的壁內(見例如圖8-10)。
[0031]粉塵捕獲的效力取決于該凝固石膏芯的構成。已經發現如果使用水平足夠高，這些萘磺酸鹽分散劑能交聯到該預膠凝淀粉上，以便在干燥后將石膏晶體粘合到一起，由此提高該石膏復合物的干強度。
[0032]此外，現在已經出乎意料地發現該預膠凝淀粉和該萘磺酸鹽分散劑(有機相)的組合在將這些凝固石膏晶體粘合到一起上提供了類似膠水的作用，且當該配方與一個特定的空隙體積和空隙分布結合時，在劃刻/折斷該成品墻板時會產生較大尺寸的碎片。較大的石膏碎片總體上產生較少的游浮塵埃。相反，如果使用一種常規墻板配方，就會產生較小的碎片并因此產生更多粉塵。例如，常規墻板在鋸割時會產生平均直徑約20-30微米、并且最小直徑約I微米的粉塵碎片。相反，本發明的石膏墻板在鋸割時產生平均直徑約30-50微米、并且最小直徑約2微米的粉塵碎片；劃刻/折斷可產生甚至更大的碎片。
[0033]在較軟墻板中，粉塵可以在水空隙和空氣空隙兩者中被捕獲(如作為單晶粉塵捕獲小石膏針狀體)。較硬的墻板有利于在空氣空隙中的粉塵捕獲，因為該凝固石膏芯的較大的塊或碎片是在加工這些板時產生的。在這種情況下，這些粉塵碎片對于水空隙來說過大，但是陷入空氣空隙中。根據本發明的一個實施方案，通過在該凝固石膏芯內引入優選的空隙/孔尺寸分布，有可能實現提高的粉塵捕獲。優選的是具有小的和大的空隙尺寸的分布，作為空氣空隙和水空隙的分布。在一個實施方案中，優選的空氣空隙分布可用肥阜泡制備。參見以下實例6和7。
[0034]在該凝固石膏芯內的空氣空隙(大于約10微米)和水空隙(小于約5微米)的比率可以在從約1.8:1到約9:1的范圍。在該凝固石膏芯內的空氣空隙(大于約10微米)與水空隙(小于約5微米)的優選比率可以為從約2:1到約3:1。在一個實施方案中，在該凝固石膏芯內的空隙/孔尺寸分布作為所測得的總空隙的百分比應為約10 - 30%的空隙小于5微米并且約70 - 90%的空隙大于約10微米。換個方式說，在該凝固石膏芯內的空氣空隙(大于10微米)和水空隙(小于5微米)的比率在從約2.3:1到約9:1的范圍。在一個優選實施方案中，在該凝固石膏芯內的空隙/孔尺寸分布作為測得的總空隙的百分比應為約30 - 35%的空隙小于5微米以及約65 - 70%的空隙大于約10微米。換個方式說，在該凝固石膏芯內的空氣空隙(大于10微米)與水空隙(小于5微米)之比為從約1.8:1到約2.3:1。
[0035]優選的是平均空氣(泡)空隙尺寸的直徑小于約100微米。在一個優選的實施方案中，在該凝固石膏芯內的空隙/孔尺寸分布為:大于約100微米(20%)，從約50微米到約100微米(30%)，以及小于約50微米(50%)。也就是說，優選的中值空隙/孔尺寸大小為約50微米。
[0036]這些空氣空隙可以降低在發泡的低密度凝固石膏芯和覆蓋薄板之間的粘合強度。因為大于按體積計一半的復合石膏板可能由于泡沫由空氣空隙組成，所以該泡沫可以干擾在該發泡的低密度凝固石膏芯和這些紙覆蓋薄板之間的粘合。這通過任選地在將這些覆蓋薄板施加到該芯之前在該頂部覆蓋薄板或者該底部覆蓋薄板或者該頂部覆蓋薄板和該底部覆蓋薄板兩者的石膏芯接觸面上提供一個非發泡的(或發泡減少的)粘合高密度層來解決。這種非發泡的或可替代的發泡減少的粘合高密度層配方典型地將與該石膏漿料芯配方相同，除了或者將不加入肥皂、或者將加入實質性減少量的肥皂(泡沫)之外。任選地，為了形成這種粘合層，可以將泡沫機械地從該芯配方中除去，或者可以將一種不同的無泡沫的配方應用在該發泡的低密度凝固石膏芯/面層紙的界面上。
[0037]優選將肥皂泡引入并控制在該凝固石膏芯中的空氣(泡)空隙的尺寸和分布，并且控制該凝固石膏芯的密度。肥皂的優選范圍為從約0.21b/MSF到約0.71b/MSF ;肥皂的更優選的水平為約0.41b/MSF到約0.51b/MSF。
[0038]肥皂泡必須以有效地產生所希望的密度的量、并且以受控的方式加入。為了控制該過程，操作者必須監測該板成型線的源頭，并保持該封袋是充滿的。如果該封袋未保持充滿，則會產生具有中空邊緣的墻板，因為該漿料不能充滿所需要的體積。該封袋體積是通過增加肥皂的使用以防止在該板的制造過程中氣泡的破裂(為了更好地保留這些氣泡)、或通過增加該空氣泡沫率而保持充滿的。因此，總體上該封袋體積是通過增加或減少肥皂的使用、或通過增加或減少空氣泡沫速率來控制和調節的。控制該源頭的技術包括通過加入肥皂泡以增加漿料體積，或通過減少肥皂泡的使用以減少漿料體積來調整臺上的“動態漿料”。
[0039]根據本發明的一個實施方案，在此提供了由包含灰泥、預膠凝淀粉、以及一種萘磺酸鹽分散劑的含石膏的漿料制成的成品含石膏產品。該萘磺酸鹽分散劑是以基于干灰泥的重量按重量計約0.1% - 3.0%的量存在的。該預膠凝淀粉是以基于該配方中的干灰泥重量按重量計至少約0.5%高達按重量計10%的量存在的。在該漿料中可能使用的其他成分包括粘合劑、防水劑、紙纖維、玻璃纖維、粘土、生物殺蟲劑、和促進劑。本發明需要添加一種肥皂泡到該新配制的含石膏的漿料中以降低該成品含石膏產品如石膏墻板的密度，并通過在該凝固石膏芯中以小的空氣(泡)空隙和水空隙的形式引入從約75%到約95%、并且優選從約80%到約92%的總空隙體積以控制起塵。優選地，平均孔徑分布將為從約I微米(水空隙)到約40-50微米(空氣空隙)
[0040]任選地,從按重量計約0.5%到按重量計約10%的預膠凝淀粉、從按重量計約0.1%高達按重量計約3.0%的萘磺酸鹽分散劑、以及最少的至少按重量計約0.12%高達按重量計約0.4%的三偏磷酸鹽(全部基于在該石膏漿料中使用的干灰泥的重量)的組合，出乎意料且顯著地增加了該石膏漿料的流動性。這相當大地降低了生產將用于制造含石膏產品(如石膏墻板)的有足夠的可流動性的一種石膏漿料所需要的水量。三偏磷酸鹽的水平(它至少為標準配方(像三偏磷酸鈉)的約兩倍)被認為可以提高該萘磺酸鹽分散劑的分散活性。
[0041]萘磺酸鹽分散劑必須用于根據本發明制備的含石膏的漿料中。在本發明中使用的萘磺酸鹽分散劑包括聚萘磺酸及其鹽(聚萘磺酸鹽)和衍生物，它們是萘磺酸和甲醛的縮合產物。特別可取的聚萘磺酸鹽包括萘磺酸鈉和萘磺酸鈣。這些萘磺酸鹽的平均分子量可以從約3，000變化到27，000，但優選的是該分子量的范圍是從約8，000到22，000，并且更優選的是該分子量的范圍是約12，000到17，000。作為一種商業產品，一種較高分子量的分散劑比一種較低分子量的分散劑具有更高的粘度和更低的固體含量。有用的萘磺酸鹽包括可從GEO特種化學品公司(印第安納州，拉斐特)獲得的DILOFLO、DAXAD、以及LOMAR D。例如，這些萘磺酸鹽優選作為固體含量在按重量計35-55%的范圍內的水溶液使用。最優選的是使用處于例如固體含量在按重量計約40-55%的范圍內的水溶液形式的萘磺酸鹽。例如，可替代地，適當時，這些萘磺酸鹽能以干燥固體或粉末如LOMAR D的形式使用。
[0042]在本發明中使用的聚萘磺酸鹽具有以下通用結構(I):
[0043]
【權利要求】
1.一種石膏板，其包括設置在兩個覆蓋薄板之間的一個凝固石膏芯，該凝固石膏芯是由一種漿料形成的，該漿料包括: (1)水， (2)灰泥， (3)羥乙基化的淀粉，和 (4)預膠凝淀粉， 其中該羥乙基化的淀粉的量為基于灰泥的重量從按重量計約0.5%到按重量計約10%，且其中該預膠凝淀粉的量為基于灰泥的重量從按重量計約0.5%到按重量計約10%。
2.一種石膏板，其包括設置在兩個覆蓋薄板之間的一個凝固石膏芯，該凝固石膏芯是由一種漿料形成的，該漿料包括: (1)水， (2)灰泥， (3)羥乙基化的淀粉， (4)萘磺酸鹽分散劑，和 (5)三偏磷酸鈉， 其中該羥乙基化的淀粉的量為基于灰泥的重量從按重量計約0.5%到按重量計約10%，其中該萘磺酸鹽分散劑的量為基于灰泥的重量從按重量計約0.1%到按重量計約3.0%，且其中該三偏磷酸鈉的量為基于灰泥的重量從按重量計約0.1%到按重量計約0.4%。
3.一種石膏板，其包括設置在兩個覆蓋薄板之間的一個凝固石膏芯，該凝固石膏芯是由一種漿料形成的，該漿料包括: (1)水， (2)灰泥， (3)羥乙基化的淀粉， 其中當制備了由在水中的約6重量％的羥乙基化的淀粉組成的未蒸煮的分散體之后，該未蒸煮的分散體具有使用Brookfield粘度計所確定的約7cP或更小的平均粘度。
4.如權利要求1-3任一項所述的石膏板，其中當采用預膠凝淀粉代替漿料中的羥乙基化的淀粉之后，該預膠凝淀粉需要提高所需添加到漿料的過量的水的量以保持與采用羥乙基化的淀粉的情況下相同水平的漿料流動性。
5.如權利要求1-3任一項所述的石膏板，其中該漿料中水與灰泥的重量比率為約0.7至約0.8。
6.如權利要求1或3所述的石膏板，其中該漿料還包括萘磺酸鹽分散劑，該萘磺酸鹽分散劑的量為基于灰泥的重量從約0.1重量％到約3.0重量％。
7.如權利要求1或3所述的石膏板，其中該漿料還包括三偏磷酸鈉，該三偏磷酸鈉的量為基于灰泥的重量從約0.1重量％到約0.4重量％。
8.如權利要求2或3所述的石膏板，其中該漿料還包括預膠凝淀粉，該預膠凝淀粉的量為基于灰泥的重量從約0.5重量％到約10重量％。
9.如權利要求3所述的石膏板，其中在該漿料中的羥乙基化的淀粉的量為基于灰泥的重量從約0.5重量％到約10重量％。
10.如權利要求1-3任一項所述的石膏板，其中該羥乙基化的淀粉具有約10至13%的水分含量。
11.如權利要求1-3任一項所述的石膏板，其中該羥乙基化的淀粉具有以下特征的任一項或多項:
(a)pH5.0-7.5 ； (b)粒徑95%通過100篩目； (c)比重1.50，分子量大于10，000 ;和 (d)堆密度35lb/ft3。
12.如權利要求1-3任一項所述的石膏板，其中該石膏板具有在約1/2英寸的板厚度下的從約10001b/MSF至約14001b/MSF的干重。
13.如權利要求1-3任一項所述的石膏板，其中該漿料還包括至少發泡劑，該發泡劑包括為不穩定組分的主要重量部分和為穩定組分的少量重量部分，發泡劑的量和不穩定組分與穩定組分之比有效形成了在該凝固石膏芯內的空隙分布。
14.如權利要求1-3任一項所述的石膏板，其中該凝固石膏芯具有芯體積的約75%至約95%的總空隙體積，總空隙體積的至少約60%包括具有大于約10微米的直徑的平均空氣空隙尺寸的空氣空隙，且總空隙體積的至少約10%包括具有小于約5微米的直徑的平均水空隙尺寸的水空隙。
15.如權利要求1-3任一項所述的石膏板，其中該凝固石膏芯包括空氣空隙與水空隙的體積比率為約1.8:1至約9:1的空氣空隙和水空隙。
16.如權利要求1-3任一項所述的石膏板,其中該凝固石膏芯包括石膏晶體基質,該石膏晶體基質具有包括以下的孔尺寸分布:(i)具有小于約50微米直徑的孔尺寸的空隙，(ii)具有約50微米至約100微米直徑的孔尺寸的空隙，和(iii)具有大于約100微米直徑的孔尺寸的空隙，其使得具有大于約100微米直徑的孔尺寸的空隙占凝固石膏芯的總空隙體積的至少約20%。
17.如權利要求1-3任一項所述的石膏板，其中相對于不含有淀粉的凝固石膏芯，該淀粉有效地提高了凝固石膏芯的芯硬度。
18.如權利要求1-3任一項所述的石膏板，其中在約1/2英寸的厚度下，該石膏墻板具有(i)至少Illb的芯硬度，(ii)在機器方向至少361b的撓曲強度，(iii)橫跨機器方向至少1071b的撓曲強度，或(iv)至少651b的拔釘阻力，芯硬度、撓曲強度和拔釘阻力每一項均按照ASTM標準C-473確定。
【文檔編號】C04B24/38GK103496204SQ201310357354
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2008年10月15日 優先權日:2007年10月31日
【發明者】余強, S·L·特蕾西 申請人:美國石膏公司