基于硫酸鈣的產品的制作方法
【專利說明】基于硫酸鈣的產品
[0001] 本發明涉及改善的耐高溫性的基于硫酸鈣的產品，具體地，涉及在高溫下具有減 少的收縮量的基于硫酸鈣的產品。
【背景技術】
[0002] 基于硫酸鈣的產品廣泛用于構建建筑物，例如，形成室內隔斷（使用墻板，也稱為 清水墻、石膏板或灰泥板）和天花板或包裹建筑物中的管道（例如通風管道）。
[0003] 基于硫酸鈣的產品如墻板通常通過干燥在兩個襯紙板或玻璃纖維墊之間的硫酸 鈣的半水合物（CaSO 4 · 1/2H20)，也稱為煅燒的石膏或灰泥的水性漿料而形成。隨著漿料 干燥和煅燒的石膏被水化，形成夾在內襯板/襯墊之間的硬的、剛性石膏（硫酸鈣二水合 物-(CaSO 4 · 2H20))的芯部。
[0004] 當墻板或天花板瓦塊（tile)暴露于高溫，比如在建筑火災中經歷的高溫或用于 包裹攜帶高溫流體的管道的墻板經受的高溫時，石膏中包含的結晶水被驅出，產生硫酸鈣 的硬石膏。起初，這具有如下優勢，即橫跨墻板/天花板瓦塊的傳熱降低，因此有助于包含 從管道系統散發的熱或建筑火災期間所產生的熱。但是，在約400-450°C的溫度下，起初形 成的AIII相硬石膏（也稱為Y-CaSO 4或"可溶性"硬石膏）轉化成AII相（或"不溶的" 硬石膏），該相變導致墻板/瓦塊的收縮，即尺寸穩定性的損失。該收縮（其可能是墻板/ 瓦塊的長度或寬度的約2%，或墻板體積的約6% )通常使得墻板遠離它們的支撐結構。這 顯然是不希望的。其可使得管道暴露于高溫。此外，在墻板用于室內隔斷并爆發火災的情 況下，收縮可留下空隙，使得與火源鄰近的房間暴露于熱/火的影響。空隙也使得氧進入火 源，因此使得火燃燒并且使任何防火門失效。
[0005] 在更高的溫度（超過600°C )下，不溶解的硬石膏燒結，導致墻板體積大大縮小。 這導致極大的收縮量，其最終造成內墻/天花板/管道套管的坍塌，因為它們不再被它們的 支撐結構保持。
[0006] 已經努力改善基于硫酸鈣的產品如墻板的抗熱性以試圖減少收縮。
[0007] 例如，由EP0258064已知，使用微細二氧化硅作為墻板石膏芯的添加劑以減少收 縮。
[0008] 但是，這些添加劑僅在大于600°C的溫度下有效，即它們在更低的溫度不抵抗收縮 并且當溫度為約1000 °C時仍可見大于10 %的線性收縮。
[0009] 由W099/08979和W000/06518已知，添加三偏磷酸鈉（STMP)、六偏磷酸鈉（SHMP) 或多磷酸銨（APP)至硫酸鈣墻板芯材中以在干燥期間改善強度、抗下垂性和收縮。記錄了 在暴露于高溫期間這些添加劑對于收縮無效。發現三偏磷酸離子和APP加速煅燒的石膏水 合的速度，因此減少了墻板芯的固化時間。W02012/069826公開了鋁磷酸鹽和銨磷酸鹽添加 劑用于增強基于硫酸鈣的產品的耐火性的用途。發現多磷酸銨（APP)減少煅燒的石膏的水 合時間和加速固化時間。
[0010] 基于硫酸鈣的產品也用于鑄造金屬物體。在硫酸鈣模具被填充熔融的金屬之前， 將其加熱至700-900°C。重要的是，控制這樣的基于硫酸鈣的模具的高溫收縮，以確保模具 不滲漏且確保鑄造的金屬產品不彎曲。
[0011] 本發明優選的目標是提供改進了耐熱性的基于硫酸鈣的產品，其在熱暴露之后， 例如當接觸管道時、在建筑火災期間或在金屬產品的鑄造期間具有減少的收縮。這樣的改 進的耐熱產品可以具有特定的用途，用作形成建筑物中室內隔斷墻板或面板、天花板瓦塊、 用于包裹通風設備/抽風管道的墻板或面板、用于結合墻板/面板/瓦塊的接縫填料材料 或用于金屬產品鑄造的模具。
【發明內容】
[0012] 因此，在第一方面，本發明提供了基于硫酸鈣的產品，其包含石膏和抗收縮添加 劑，其中所述抗收縮添加劑是三聚氰胺聚磷酸或三聚氰胺焦磷酸。
[0013] 三聚氰胺聚磷酸是C3H6N6-(H 3PO4)n,其中η大于2。三聚氰胺焦磷酸是 C3H6N6* (H3FO4)n,其中 η 是 2。
[0014] 本發明人已經發現在基于硫酸鈣的產品中，例如墻板的石膏芯中包括三聚氰胺聚 磷酸（MPP)或三聚氰胺焦磷酸，當所述板暴露于高溫時減少墻板的收縮。不像僅在600°C 之上起作用的微細二氧化硅，MPP/三聚氰胺焦磷酸在約350°C下開始起作用，其經歷吸熱 分解（產生磷酸）并且因此起到吸熱器的作用。MPP也用于升高發生從可溶的至不溶的硫 酸鈣硬石膏的轉變的溫度，因此使得產品抵抗源于相變的收縮，直到達到更高的溫度（約 800 0C ) 〇
[0015] 術語"基于硫酸鈣的產品"可以包括墻板（有或沒有內襯）（有或沒有纖維增強）、 瓦塊（例如天花板瓦塊）、管道包裹面板、接縫填料（例如用于結合相鄰的墻板/瓦塊/面 板等）和用于鑄造金屬產品的模具。
[0016] 基于硫酸鈣的產品可以是復合產品，例如其可以是具有夾在兩個內襯（例如襯紙 或玻璃纖維墊）之間的石膏基質芯（包含抗收縮添加劑）的墻板。
[0017] 術語"石膏"旨在主要指硫酸鈣二水合物（CaSO4 · 2H20)。
[0018] 在優選的實施方式中，MPP用作抗收縮添加劑。不像被發現加速從石膏的半水合 物（煅燒的石膏）到石膏的二水合物（石膏）的固化的APP，已經發現MPP不造成任何加 速。固化的加速是不希望的，因為其限制可能的添加水平，并且在它們的過程中生產設施較 不易控制。事實上，已經發現MPP造成固化的稍微遲緩。優選地，所包括的MPP/三聚氰胺 焦磷酸抗收縮添加劑的量為〇. Iwt %至20wt %，優選地Iwt %至IOwt %，更優選地Iwt %至 5wt %，最優選地2wt %至5wt %。
[0019] 優選地，基于硫酸鈣的產品不包含玻璃纖維。玻璃纖維通常用于形成石膏的機械 網絡，其有助于維持產品在暴露于熱之后的結構完整性。但是，本發明人認為以這樣的量包 括MPP/三聚氰胺焦磷酸可以減少收縮使得不使用玻璃纖維能夠保持所述結構完整性。
[0020] 基于硫酸鈣的產品可以包含添加劑如促進劑以彌補MPP所觀察到的固化時間的 稍微遲緩。所述促進劑可以是，例如，具有添加劑糖或表面活性劑的新鮮研磨的石膏。這樣 的促進劑可包括研磨的礦物質NANSA(GMN)、耐熱促進劑（HRA)和球磨的促進劑（BM)。可 選地，所述促進劑可以是化學添加劑，比如硫酸鋁、硫酸鋅或硫酸鉀。在某些情況下，可以使 用促進劑的混合物，例如，與硫酸鹽促進劑結合的GMN。作為進一步的選擇，超聲可以用于加 速漿料的固化速度，例如，如在US2010/0136259中所描述的。
[0021] 在第二個方面，本發明提供了通過干燥水性漿料形成基于硫酸鈣的產品的方法， 所述水性漿料包括煅燒的石膏和抗收縮添加劑，其中抗收縮添加劑是三聚氰胺聚磷酸或三 聚氰胺焦磷酸。
[0022] 術語"基于硫酸鈣的產品"可以包括墻板（有或沒有內襯）（有或沒有纖維增強）、 瓦塊（例如天花板板材）、管道包裹面板、接縫填料（例如用于結合相鄰的墻板/瓦塊/面 板等）和用于鑄造金屬產品的模具。
[0023] 基于硫酸鈣的產品可以是復合材料產品，例如，其可以是具有夾在兩個內襯（例 如襯紙或玻璃纖維墊）之間的石膏基質芯的墻板（包含抗收縮添加劑）。在該實施方式中， 所述方法包括干燥在兩個內襯（例如襯紙或玻璃纖維墊）之間的包含煅燒的石膏和MPP的 水性漿料。
[0024] 術語"煅燒的石膏"旨在主要指硫酸鈣半水合物（CaSO4 ·2Η20)，但是也可包括比硫 酸鈣二水合物具有更低結合水含量的任何其他硫酸鈣化合物（例如硫酸鈣硬石膏）。
[0025] 優選地，所述漿料中包括的MPP/三聚氰胺焦磷酸抗收縮添加劑的量為0. lwt%至 20wt %，優選地Iwt %至IOwt %，更優選地Iwt %至5wt %，最優選地2wt %至5wt %。
[0026] 優選的抗收縮添加劑是MPP。不像APP，已經發現其不加速煅燒的石膏的固化時 間。
[0027] 基于硫酸鈣的產品優選地不包含玻璃纖維。玻璃纖維通常用于形成石膏中的機械 網絡，其有助于維持在暴露于熱之后該產品的結構完整性。本發明人認為MPP/三聚氰胺焦 磷酸的添加將高溫收縮減少至使得玻璃纖維不再是必須的程度。所以，優選地，所述方法包 括干燥在沒有無機（玻璃）纖維的情況下含有石膏和MPP/三聚氰胺焦磷酸的水性漿料。
[0028] 所述方法可以包括添加玻璃墊至所述漿料，然后干燥。所述漿料通常在模具中干 燥。所述墊通過如下方式添加，即在一些漿料或所有的漿料已經添加至模具之后，可通過將 所述墊添加在漿料的表面上；或者在添加漿料之前，可以將所述墊平鋪在模具的底部。如果 所述墊平鋪在空模具的底部或平鋪在充滿模具的漿料的表面，則所述墊將會設置于石膏芯 的表面。如果當僅添加一些漿料時將所述墊添加至模具，則所述墊將會嵌入石膏芯中。
[0029] 基于硫酸鈣的產品可包含添加劑如促進劑。所述促進劑可以是，例如，具有添加劑 糖或表面活性劑的新鮮研磨的石膏。這樣的促進劑可以包括研磨的礦物質NANSA(GMN)、耐 熱促進劑（HRA)和球磨的促進劑（BM)。可選地，所述促進劑可以是化學添加劑如硫酸鋁、 硫酸鋅或硫酸鉀。在某些情況下，可以使用促進劑的混合物，例如，與硫酸鹽促進劑結合的 GMN。在這些實施方式，所述方法包括干燥含有石膏、MPP/三聚氰胺焦磷酸和促進劑的水性 漿料，任選地，在兩個內襯之間，如上所討論的。也可以包括玻璃墊（如上所討論的）以及 促進劑。
[0030] 在第三方面，本發明提供了三聚氰胺聚磷酸/三聚氰胺焦磷酸作為石膏基質中的 添加劑用于減少在熱暴露期間基于硫酸鈣的產品的收縮的用途。
[0031] 優選地，MPP/三聚氰胺焦磷酸作為添加劑用于減少具有夾在兩個內襯（例如襯紙 或玻璃纖維墊）之間的石膏芯（包含MPP/三聚氰胺焦磷酸）的復合墻板的收縮。
[0032] 優選地，0· Iwt %至20wt %，優選Iwt %至IOwt %，更優選Iwt %至5wt %，最優選 2w