减轻重量的石膏板的生产方法

专利名称：减轻重量的石膏板的生产方法
技术领域：
本发明涉及减轻重量的石膏板的生产方法。
石膏板是以熟石膏(二水合硫酸钙)制成的预制平行六面体组分，其每个面上覆盖特等纸板或纸或无机纤维。这样形成的复合材料具有很好的机械性能，覆盖在表面上的片材起框架和饰面的作用。
适当加入常规使用的辅助剂，从主要通过混合可水合硫酸钙和水形成的熟石膏浆料，得到熟石膏芯材。术语“可水合硫酸钙”在本发明中的含义应理解为无水硫酸钙(无水石膏II或III)或以其α或β晶形存在的半水合硫酸钙(CaSO4·1/2H2O)。这些化合物为本领域技术人员所公知，通常是通过对石膏进行焙烧而制得。
熟石膏的水合作用使浆料迅速凝固。板接着在干燥器中加热以除去多余的水分。
使石膏板减轻重量，并具有机械强度，在此确实成为问题。为了减轻石膏板，常见的是通过向熟石膏浆料中加入泡沫来把空气引入浆料。
降低石膏板的密度是为达到双重经济效益一是能够减轻产品从而使其易于运输；二是通过减少对熟石膏的需求来克服生产能力上的限制。这是因为石膏的焙烧需要时间，而且该环节是影响石膏板生产速度的制约因素。对熟石膏的需求的减少，使得同时降低了焙烧环节的生产成本。进而，石膏板密度的降低使运输成本也随之降低，同时加快了生产周期，从而降低了生产成本。
众说周知，用于生产减轻石膏板重量的表面活性剂组合物有很多种，通常这些组合物都包括烷基醚硫酸盐。
以烷基硫酸盐和烷基醚硫酸盐为主的表面活性剂组合物在WO9516515中公开。在该组合物中，烷基硫酸盐和烷基二醚或三醚硫酸盐的比例至少是12∶1，优选比例是30∶1到60∶1之间，单独用烷基硫酸盐不能达到满意的效果。这是因为获得的仅含有烷基硫酸盐的石膏板的轻质性能一般。
US 5 643 510文件公开了使用烷基硫酸盐和烷基醚硫酸盐的混合物来控制石膏板中气泡的尺寸大小。该文件指出，烷基硫酸盐形成不稳定泡沫，因此不能单独使用，因为在给定密度板的生产中，其消耗量大约比包括烷基醚硫酸盐的表面活性剂多3倍。优选的表面活性剂因此是包括大约10％的烷基醚硫酸盐的混合物。
然而，用烷基硫酸盐代替烷基醚硫酸盐作为表面活性剂则是有它的优势。这是因为，虽然烷基硫酸盐能够直接由相应的脂肪醇硫酸化而得，还是要通过乙氧基化才能得到烷基醚硫酸盐。该过程不但成本很高，而且易于产生不需要的副产物。
因此本发明要解决的问题在于提供使用便宜又易于得到的表面活性剂以生产便宜的减轻重量的石膏板的方法。
通常，表面活性剂的质量取决于其所产生的泡沫体积的大小。因为，对于生产给定体积的泡沫来说，逻辑上发泡能力越小则消耗的表面活性剂越多。这也在经济上影响生产石膏板的成本价格。
然而，在泡沫进入石膏板内部之前以及之后，泡沫的稳定性不是无意义的因素。因此体积相同的情况下，低稳定性的泡沫比稳定泡沫导致石膏板的重量减轻的程度要小。根据US 5 643 510，烷基硫酸盐在石膏板中形成的泡沫的稳定性低。
而且，很明显地，石膏板，即使减轻重量的石膏板和未减轻的板相比有其自身的特点，如机械强度。熟石膏浆料和饰面之间粘合质量，无论是在干燥还是在潮湿环境下，都是必须满足的质量要求。
本发明是基于如下的观察所得虽然一些烷基硫酸盐组合物与和烷基醚硫酸盐的混合物相比消耗稍微过量，但是他们可以获得重量显著减轻的石膏板。重量的减轻大大补偿了可能增加的经济成本。因为重量减轻带来的生产节约相当于表面活性剂额外消耗产生的附加成本的7倍。因此整体上说整个平衡仍然是正方向的。
这种减轻重量的石膏板还具有整体可接受的机械强度性能和与外表面粘合效果。
这个令人惊奇的效果似乎与表面活性剂、泡沫以及熟石膏浆料之间的相互作用有关。
这是因为虽然这些烷基硫酸盐的发泡能力通常低于包括烷基醚硫酸盐的表面活性剂，结果是一些它们可以获得与熟石膏浆料相容的泡沫。与现有技术所教导的相反，已经发现过量消耗现象一般，在某些情况下甚至没有。
看来，这种影响至少部分地归因于熟石膏浆料和泡沫之间的良好相容性，其各自粘度的作用。更具体而言，似乎这两相的流动性可以调节使得混合时不过度损失泡沫体积。因此表面活性剂产生的泡沫效力增加。
因此，表面活性剂的消耗和其减轻重量的能力不仅仅是后者发泡能力的作用，还依赖于其它方法参数的综合作用。有理由相信，具体而言熟石膏浆料的物理化学特性，特别是它的流动性，影响了获得的减轻重量的效果。
因此本发明的主题是制造芯密度低于0.77的石膏板的方法，其包括以下步骤—从水和含有至少一种通式为H(CH2)nOSO3-M+的烷基硫酸盐的表面活性剂形成泡沫，其中n的数值为6-16，M是单价阳离子，碳原子的平均数目nm为9-10，和—把获得的泡沫加入熟石膏浆料中，其特征在于加入的表面活性剂的量不超过0.32g/L熟石膏浆料。
术语“密度”在这里是给定体积的熟石膏浆料质量和此体积的水质量的比值。术语“芯密度”是指除去覆盖石膏板表面材料的板密度。
优选表面活性剂的使用量少于0.24g/L，特别是少于0.16g/L熟石膏浆料。通常情况下，生产12.5mm厚度的石膏板将使用多于0.05g/L熟石膏浆料的消耗量，而生产6mm厚度的石膏板则将使用多于0.02g/L熟石膏浆料的消耗量。
生产的石膏板优选压缩强度大于2Mpa，特别是大于3Mpa。
根据优选实施方案，表面活性剂包括5到60wt％十二烷基硫酸盐。根据优选实施方案，表面活性剂包括40到95wt％癸基硫酸盐。根据另一个优选实施方案，表面活性剂包括5-60wt％的辛基硫酸盐。特别优选的表面活性剂包括5-15wt％的辛基硫酸钠和85-95wt％的癸基硫酸钠。
特别优选的表面活性剂碳原子的平均数目为9.5-10，优选9.7-9.9。
优选M选自钠、钾、镁和铵。
根据一个实施方案，表面活性剂另外包括多价螯合剂和/或水溶助长剂。
本发明也涉及制作减轻重量的石膏板的表面活性剂的用途，其含有至少一种通式为H(CH2)nOSO3-M+的烷基硫酸盐，其中n的数值为6-16，M是单价阳离子，碳原子的平均数目nm为9-10，且其用量小于0.32g/L石膏浆料。
优选所述表面活性剂用于生产芯密度低于0.77的石膏板，尤其是低于0.74甚至是低于0.72的。然而，芯密度通常大于0.48。
本发明的其它特征和优点将在下面详细描述熟石膏组合物包括熟石膏、水和表面活性剂组合物。其可进一步包括其它传统使用的添加剂。
此外，目标表面活性剂组合物形成的泡沫使得可以获得不同类型石膏制得的石膏板重量上可比较的减少。因此，表面活性剂组合物的有利之处在于其对所用石膏的质量相对不敏感。
而且，由该表面活性剂组合物产生的泡沫的特性对温度相对不敏感。于是，即使水的温度发生了变化，形成的泡沫体积仍然基本上恒定。
另外，事实证明，熟石膏和石膏板外部片材之间的粘合质量也是非常出色的。
石膏板的机械性能通常由石膏板芯部的弯曲强度、芯部硬度、布氏硬度和压缩强度来评估。石膏板能够承受钉入1/4英寸钉子，传统称之为“拔钉测试”或是冲压强度，也是实践上非常重要的。该测试的条件在ASTM标准C473-方法B中有描述。
此外，事实证明，所获得的石膏板在熟石膏和外部片材之间显示良好粘合。
用于实施本方法的适当表面活性剂组合物为，例如C8和C10烷基硫酸盐的混合物，如Kao公司SA出售的Emal A10 DE。然而，也可以从其它的烷基硫酸盐或从烷基硫酸盐的混合物开始进行混合，以制备平均碳原子的数目为9-10的组合物。
对应于通式为H(CH2)nOSO3M的烷基硫酸盐通常是由相应的醇硫酸化得到。原则上，由于这些醇较好的可获得性，n通常是一个偶数。可是，n不为偶数的烷基硫酸盐也在本发明中使用。
组合物中烷基硫酸盐的链优选包括8-12个碳原子。
表面活性剂组合物还可以另外包含水溶助长剂。这些水溶助长剂为，例如甲醇、乙醇、异丙醇、1，2-亚乙基二醇、丙二醇、聚乙二醇和聚丙二醇，以及乙二醇单烷基醚、烷基多苷及其混合物。
该组合物可有利地包括多价螯合剂或螯合剂，这使得可以在溶液中保持镁或钙离子，尤其在硬水中。这些多价螯合剂或螯合剂为，例如羟基羧酸及其盐，醛糖和酮糖，无机络合剂，更具体为磷酸盐、硼酸盐和多磷酸盐，有机络合剂更具体选自EDTA、NTA等，具有包括羟基和/或胺和/或羧基的聚合物结构的磷酸衍生物。
获得的泡沫使得能够向石膏板中引入相当于板重量的0.01-0.04wt％的表面活性剂(以干基表示)。这表示其体积在石膏板体积的20-40％之间。
该以泡沫为基础的石膏板可以进一步有利地包括传统中所用的辅助剂，如增塑剂、促进剂、淀粉等。
下面的实施例能使人更好地理解本发明，其以说明目的给出而不是以限制目的。
实施例实施例1面积为0.1m2厚度为12.5mm的微型板从St Loubes熟石膏制备，它是通过快速焙烧具有如下特征的天然石膏获得的熟石膏
石膏含量 68.8％无水石膏 0.90％氧化镁 3.70％白云石 8.80％滑石 0.80％金云母 1.10％微斜长石 3.80％石英 9.50％天青石 0.60％斜绿泥石 2.00％该种石膏板的制作方法如下22℃下，在电压设置成55伏的Hamilton Beach型的泡沫发生器中搅拌5.25ml 50g/l组合物溶液和170ml水的混合物1分钟制备泡沫，其中组合物由包括47wt％C8烷基和53wt％C10烷基的烷基硫酸钠组成，考虑到组分的摩尔质量，其平均碳原子数nm为9。接着把泡沫加入到700g 50℃的水和1130g 22℃的熟石膏的混合物中。熟石膏浆料在两片特等纸板之间沉积。移去填充后过量部分。然后在烘箱内在从100℃到200℃稳定上升的温度下干燥过15分钟，然后温度从200℃到90℃稳定下降过25分钟。
实施例2根据实施例1制造石膏板，但是表面活性剂组合物替换为相同量的表面活性剂，其包括25wt％C8烷基硫酸盐和75wt％C10烷基硫酸盐。该组合物中碳原子平均数目nm为9.5。
实施例3根据实施例1制造石膏板，但是表面活性剂组合物替换为相同量的表面活性剂，其包括11wt％C8烷基硫酸盐和89wt％C10烷基硫酸盐。该组合物中碳原子平均数目nm为9.8。
实施例4根据实施例1制造石膏板，但是表面活性剂组合物替换为相同量的表面活性剂，其包括33.3wt％C8烷基硫酸盐、58.4wt％C10烷基硫酸盐和8.3wt％C12烷基硫酸盐。该组合物中碳原子平均数目nm为9.5。
实施例5根据实施例1制造石膏板，但是表面活性剂组合物替换为相同量的表面活性剂，其包括75wt％C8烷基硫酸盐和25wt％C10烷基硫酸盐。该组合物中碳原子平均数目nm为8.5。
实施例6根据实施例1制造石膏板，但是表面活性剂组合物替换为相同量的表面活性剂，其包括烷基硫酸盐(AS)和烷基醚硫酸盐(AES)。这种表面活性剂被Stepan以Alphafoamer的名称出售。
根据上述实施例制作的石膏板，完全干燥到吻合法国标准NF P72-302的恒定重量后被称重并确定其芯密度。结果记录于表1。
表1
*对比实施例本发明的组合物使得可以与烷基硫酸盐和烷基醚硫酸盐混合物相比不需要过量消耗以获得相当的重量减少。实施例3说明了优选使用的表面活性剂组合物。
为了评估石膏板机械性能，从取自板的5×5cm2样板测定压缩强度。芯部的布氏硬度和屈服载荷(三点弯曲测试)根据NF标准P 72-302测定。
芯部硬度和冲压强度(拔钉测试)根据ASTM标准C473方法B测定。
获得的结果显示，使用根据现有技术的表面活性剂组合物(实施例6)，当芯密度相当时，获得的机械性能要差于根据本发明的方法所获得的。
根据实施例5的组合物获得的性能对应于具有较高芯密度的板。
因此，在令人满意的机械性能上，优选实施过程对应于造成重量最显著减少的那种。这些测试的结果记录于下表2。
表2
*对比实施例此外，制备的石膏板的性能还表现在特等纸板与芯部之间粘合的测试。测试包含撕离特等纸板和评估特等纸板从芯部脱离的百分数。干燥粘合测试在干燥板上进行。2小时后潮湿粘合测试在90％湿度受控气氛中30℃下再增湿2小时后进行。结果记录于下表1。
表3
*对比实施例结果表明根据本发明的组合物在粘合性上的优越性，无论是干燥粘合还是2小时后潮湿粘合，特别是相对于包括烷基醚硫酸盐的表面活性剂。
权利要求
1.制作芯密度低于0.77的石膏板的方法，其包括以下步骤—从水和含有至少一种通式为H(CH2)nOSO3-M+的烷基硫酸盐的表面活性剂形成泡沫，其中n的数值为6-16，M是单价阳离子，碳原子的平均数目nm为9-10，和—把获得的泡沫加入熟石膏浆料中，其特征在于加入的表面活性剂的量不超过0.32g/L熟石膏浆料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面活性剂的消耗量少于0.24g/L熟石膏浆料。
3.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中制得的石膏板的压缩强度大于2MPa。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述表面活性剂包括5-60wt％十二烷基硫酸盐。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述表面活性剂包括40-95wt％癸基硫酸盐。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述表面活性剂包括5-60wt％辛基硫酸盐。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述M选自钠、钾、镁和铵。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述表面活性剂包括5-25wt％辛基硫酸钠和75-95wt％癸基硫酸钠。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述表面活性剂包括5-15wt％辛基硫酸钠和85-95wt％癸基硫酸钠。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述表面活性剂还包括多价螯合剂。
11.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述表面活性剂还包括水溶助长剂。
12.表面活性剂在减轻石膏板上的用途，所述表面活性剂由至少一种通式为H(CH2)nOSO3-M+的烷基硫酸盐组成，其中n的数值为6-16，M是单价阳离子，碳原子的平均数目nm为9-10，其所使用的量少于0.32g/l熟石膏浆料。
13.根据前述权利要求所述的用途，其中所述石膏板的芯密度低于0.77。
全文摘要
本发明涉及生产芯密度低于0.77的石膏板的方法，其包括以下几个步骤由水和含有至少一种通式为H(CH
文档编号C04B24/00GK1494518SQ02805937
公开日2004年5月5日 申请日期2002年3月5日 优先权日2001年3月6日
发明者D·马丁, R·加尔桑, , D 马丁 申请人:拉法基石膏公司