低重量和密度的耐火石膏面板的制作方法
【专利摘要】一种具有足以提供至少17.0分钟的隔热指数的耐火能力的约5/8英寸至3/4英寸厚的低重量低密度石膏面板，在所选实施例中，当经受U419测试工序时，其在至少30分钟内不会破坏，所述石膏面板也具有显著的耐水性。
【专利说明】低重量和密度的耐火石膏面板
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本部分继续申请要求2010年6月7日提交的在先美国专利申请N0.12/795，125 的权益，所述美国专利申请N0.12/795，125为2006年6月7日提交的美国专利申请 N0.11/449，177的延续申请，所述美国专利申请N0.11/449，177要求2005年6月9日提交的美国临时专利申请N0.60/688，839的优先权，并于2010年6月8日授权为美国专利 N0.7，731，794，所述专利的全部内容以引用方式并入本文。
【技术领域】
[0003]如上引用的在先申请涉及制备包含含磷酸盐的组分、预胶化淀粉和萘磺酸盐分散剂的石膏浆料的方法，以及通过所述方法制得的产品。所述在先申请也涉及通过将含磷酸盐的组分、预胶化淀粉和萘磺酸盐分散剂引入用于制备面板的浆料中，从而增加低重量和密度的石膏面板的干强度的方法。
【背景技术】
[0004]诸如石膏面板的常规含石膏的产品具有许多优点，如低成本和易加工性，尽管当切割或钻孔产品时可产生大量的石膏粉尘。在在先申请中已通过将淀粉和其他成分引入用于制备这种产品的浆料中而在制备含石膏的产品中实现了各种改进。淀粉可增加含石膏的产品(包括石膏面板)的挠曲强度和压缩强度。
[0005]通常必要的是在含有预胶化淀粉的石膏浆料中使用大量的水，以确保浆料的适当流动性。遗憾的是，所述水的大部分必须最终通过加热而去除，由于在加热过程中所用的燃料的高成本，这是昂贵的。加热步骤也是耗时的。如在先申请中所说明，已发现萘磺酸盐分散剂的使用可增加浆料的流动性，因此克服了水需求的问题。另外，也发现如果萘磺酸盐分散剂的使用量足够高，则其可交联至预胶化淀粉以在干燥之后结合石膏晶体，由此增加石膏复合材料的干强度。
[0006]在过去未认识到含磷酸盐的组分会影响石膏浆料的水需求。然而，如在在先申请中所说明，本发明人发现，在特定分散剂的存在下将含磷酸盐的组分的量增加至至今为止的水平有可能使用出乎意料的降低量的水而获得适当的浆料流动性，甚至在高淀粉量的存在下。当然，这是高度有利的，因为这转而降低了燃料使用，并降低了与随后的水去除处理步骤相关的处理时间。本发明人也发现，可通过在用于制备面板的浆料中使用萘磺酸盐分散剂以及预胶化淀粉来增加石膏面板的干强度。
[0007]在先申请的发明包括石膏面板，所述石膏面板包括在两个基本上平行的覆盖片材之间形成的凝固石膏组合物，所述凝固石膏组合物为使用水、灰泥、预胶化淀粉、萘磺酸盐分散剂和任选的水溶性磷酸盐(优选三偏磷酸钠)的含石膏的浆料制得的凝固石膏组合物。 该石膏面板具有高强度，以及比常规石膏面板低得多的重量。另外，在切割、锯切、折断或钻孔根据该实施例制得的面板时产生少得多的粉尘。
[0008]在先申请的发明的另一实施例包括一种制备石膏面板的方法， 所述方法包括混合包含水、灰泥、预胶化淀粉和萘磺酸盐分散剂的含石膏的浆料，其中所述预胶化淀粉以至少约0.5重量％直至约10重量％的量(以灰泥重量计)存在。将所得含石膏的浆料沉积于第一纸质覆盖片材，并将第二纸质覆盖片材置于经沉积的浆料上以形成石膏面板。在含石膏的浆料充分硬化以用于切割之后，切割石膏面板，并干燥所得石膏面板。含石膏的浆料可任选地包含含磷酸盐的组分，例如三偏磷酸钠。其他常规成分也可在浆料中使用，视情况包括促进剂、粘结剂、纸纤维、玻璃纤维和其他已知成分。通常添加肥皂泡沫以降低最终石膏面板产品的密度。
[0009]本发明通常涉及具有良好的隔热性质、良好的耐热收缩性、良好的耐火性，以及 (在本发明的一些方面)良好的耐水性的低重量和密度的石膏面板。
[0010]在建筑和其他建造应用中所用的石膏面板(如石膏墙板或天花板面板)通常包括具有由纸、玻璃纤维或其他合适的材料制成的覆盖片材的石膏芯。石膏面板通常通过如下方式制得:混合“灰泥”与水和其他成分以制备用于形成面板芯的浆料。
[0011]如本领域通常理解，灰泥主要包括一种或多种形式的煅烧石膏，即经受脱水(通常通过加热)以形成无水石膏或半水石膏(CaSO4 *1/240)的石膏。煅烧石膏可包括来自天然或合成来源的3半水合硫酸钙、a半水合硫酸钙、水溶性硫酸钙无水石膏，或这些的任意者或全部的混合物。当将煅烧石膏引入用于形成面板芯的浆料中时，其开始水合过程，所述水合过程在石膏面板的形成过程中完成。当所述水合过程适当地完成时，其产生多种结晶形式的凝固石膏二水合物(即CaSO4 ? 2H20的形式)的通常连续的结晶基质。
[0012]在面板的形成过程中，覆盖片材通常作为连续幅材提供。石膏浆料作为流或带在第一覆盖片材上沉积。所述浆料以预定的大约厚度在第一覆盖片材的整个宽度上铺展，以形成面板芯。然后将第二覆盖片材置于顶部上，从而将石膏芯夹在覆盖片材之间，并形成连续面板。
[0013]连续面板通常沿着输送机传输，以允许所述芯继续水合过程。当所述芯充分水合并硬化时，将其切割成一种或多种所需尺寸以形成单独的石膏面板。然后将面板经过在足以完成水合过程并将面板干燥至所需游离水分水平(通常为相对较低的游离水分含量)的温度下的窑炉。
[0014]取决于所用的过程和面板的预期用途和其他考虑，可将包含石膏和其他添加剂的另外的浆料层、条或带施用至第一和/或第二覆盖片材，以为精制面板提供特定的性质，如硬化的边缘或硬化的面板面。类似地，可在过程中的一个或多个位置处将泡沫添加至石膏芯浆料和/或其他浆料`条或带，以在石膏芯或精制面板的芯的部分内提供气穴分布。
[0015]取决于所需面板尺寸、覆盖层组成、芯组成等，可切割和加工所得面板以用于多种应用中。取决于石膏面板的预期用途和应用，石膏面板的厚度通常为约1/4英寸至约I英寸。面板可应用于多种用于形成墙、天花板和使用一种或多种紧固元件(如螺钉、钉子和/ 或粘合剂)的其他类似系统的结构元件中。
[0016]如果精制石膏面板暴露于相对较高的温度，如通过高温火焰或气体制得的那些石膏面板，则石膏芯的部分可吸收足够的热量以使水从芯的石膏二水合物晶体中释放。热量吸收以及水从石膏二水合物中释放可足以将通过面板或面板内的热传递延迟一段时间。在某些高温水平下，高温火焰或气体也可导致石膏芯中的相变以及结晶结构的重排。这种温度还可导致石膏芯晶体结构中的盐和杂质的熔化或其他络合。另外，取决于热源温度和暴露时间，由于这种高温火焰或气体所导致的由石膏芯吸收的热量可足以再煅烧芯的部分。
[0017]更具体地，当加热至212° F (IO(TC)时，石膏芯经历分解反应，其中根据如下等式 I，在石膏转化为半水合物时，75%的结晶水作为蒸汽被去除:
[0018]CaSO4 ? 2H20 — CaSO4 ? 1/2H20+11/2H20 [I]
[0019]进一步加热至250° F (120°C)去除了剩余的结晶水，同时半水合物转化为无水石膏(其为硫酸钙)，(等式2):
[0020]CaSO4 ? 1/2H20 — CaSO4+1/2H20 [2]
[0021]到芯到达392° F (200°C)的时候，所有石膏转化为无水石膏相。这些转变温度为大概的，并可随着石膏中的杂质或添加剂而变化。推动反应[I]和[2]所需的脱水热量总共为390Btu/lb(906kJ/kg)。由相变反应所吸收的所述能量以及由产生的蒸汽所带走的热量充当实质受热器，并产生石膏作为防火材料的许多独特品质。例如，将石膏从75° F加热至400° F (24至204°C)所需的能量是加热相等质量的混凝土的能量的超过七倍那样多。
[0022]当石膏煅烧，在过程中吸收和耗散热能时，晶体基质的体积收缩。收缩量取决于石膏的初始组成，所述初始组成包括来自开采石膏的矿床的不同杂质或来自制造过程的添加剂。通常假设收缩的大多数在石膏转化为无水石膏时在脱水反应[I]和[2]的过程中发生。
[0023]石膏芯的收缩影响石膏面板在高温火焰或气体存在下的性能。收缩越大，则获得给定水平的耐火性能越困难。这可取决于建筑组件本身而加重或减少。
[0024]由于石膏面板在建筑组件中附接至框架或其他支撑结构，使得石膏面板被限制在面板平面中移动，因此收缩裂缝出现。如果建筑组件偏转远离火，则由于靠火侧的面板变形成凹形表面，所述靠火侧的面板处于压缩下。当面板沿着其长度和宽度被横向和纵向压缩时，收缩作用减少。这在使用栊骨墙时发生，其中壁骨从靠火侧烧焦并变弱，从而导致它们在施加于结构上的垂直载荷下偏转远离火。
[0025]相反，如果建筑组件偏转朝向火，`则其迫使暴露于火侧的面板变成处于张力下的凸形表面。由于结构的移动拉伸面板，因此对收缩裂缝的敏感性增加。这在使用轻质钢架墙(其中靠火侧的金属壁骨加热和膨胀最大)以及天花板和地板组件(其中下方的火使得组件变弱，重力载荷导致组件向下偏转)时发生。对组件耐火性的总体影响取决于收缩和偏转的相对速率。
[0026]由于这些高温加热作用中的一些或全部，石膏面板可在一个或多个方向上经历面板尺寸的收缩，且这种收缩可导致面板的结构完整性的破坏。当面板附接至墙、天花板或其他框架组件时，面板收缩可导致面板与安装于相同组件中的其他面板以及与它们的支撑件分离，并在一些情况下导致面板或支撑件(或两者)的坍塌。作为结果，高温下的受热空气可进入或经过墙或天花板结构。
[0027]如上所述，石膏面板抵抗相对较高的温度的作用一段时间，这可固有地延迟高热水平经过面板或在面板之间经过，并进入(或经过)使用所述面板的系统。通常配制称为耐火或“耐火级”的石膏面板以提高面板延迟热量经过墙或天花板结构的能力，且所述石膏面板在控制建筑物内的火灾蔓延中起到重要作用。作为结果，建筑规范当局和其他有关公共和私人实体通常设定了用于耐火级石膏面板的耐火性能的严格标准。
[0028]可通过进行适当的测试来评价石膏面板耐火和相关的极高热量的能力。在建造工业中常规使用的这种测试的例子包括由保险商实验室(“UL”)出版的那些测试(如UL U305、U419和U423测试工序和方案)，以及描述于由美国材料试验协会(ASTM)出版的规范E119 中的工序。这种测试可包括使用石膏面板构建测试组件，通常在由木或钢壁骨形成的墙框架的每一面上单层施用面板。取决于测试，组件可经受或不经受载荷力。根据加热曲线(如在UL U305、U419和U423测试工序和ASTM El 19工序中要求的那些)，将组件一侧的表面暴露于增加的温度一段时间。
[0029]在测试过程中监测靠近受热侧的温度以及组件的未受热侧的表面的温度，以评价暴露的石膏面板所经受的温度以及传递通过组件到达未暴露面板的热量。当面板具有一个或多个结构破坏时和/或当组件的未暴露侧的温度超过预定阈值使，终止测试。通常，这些阈值温度基于这种传感器中的任一者的最大温度和/或传感器在未暴露的石膏面板的表面上感应的温度的平均值。
[0030]如在UL U305、U419和U423以及ASTM El 19中所述的那些的测试工序涉及组件对热传递通过整个组件的抗性。在一方面，所述测试也提供了当组件经受高温加热时，组件中所用的石膏面板对在x_y方向(宽度和长度)上的收缩的抗性的量度。这种测试也提供了面板对结构完整性的损失的抗性的量度，所述结构完整性的损失产生墙组件中的面板之间的开放间隙或空间，从而导致高温进入组件的内部腔体。在另一方面，所述测试提供了石膏面板抵抗热传递通过面板和组件的能力的量度。据信这种测试反映了特定系统分别提供建筑物居住者和消防员/火灾控制系统逃离或解决火灾条件的机遇之窗的能力。
[0031]在过去，使用多种策略来改进耐火级石膏面板的耐火性。例如，已使用更厚、更致密的面板芯来增加面板中水和石膏的存在以提高它们充当受热器的能力，降低面板收缩， 并增加面板的结构稳定性和强度。可选择地或者除了增加面板芯的密度之外，已将包括玻璃和其他纤维的各种成分掺入石膏芯中，以通过增加面板芯的拉伸强度以及通过在整个芯基质中分布收缩应力而提高石膏面板的耐火性。类似地，已在过去使用某些粘土 (如尺寸小于约I微米的那些)和胶体二氧化硅或氧化铝添加剂(如尺寸小于I微米的那些)的量，以在石膏面板芯中提供增加的耐火性(和耐高温收缩性)。
[0032]然而，本领域的一个信条是，通过降低芯中的石膏量而降低石膏面板的重量和/ 或密度将不利地影响面板的结构完整性和它们对火和高热条件的抗性。
[0033]在过去用于改进耐火级石膏面板的耐火性的另一方法是将非膨胀蛭石(也称为蛭石矿石)和矿物纤维或玻璃纤维添加至石膏面板芯中。在这种方法中，预期蛭石在受热条件下膨胀，以弥补芯的石膏组分的收缩。据信矿物纤维/玻璃纤维将经干燥的石膏的部分保持在一起。这种方法在美国专利N0.2，526，066和N0.2，744，022中讨论。然而，这两篇参考文献均依赖于高密度芯以提供足够的石膏充当受热器。它们公开了制备1/2英寸厚的石膏面板，所述石膏面板的重量为2至2.3磅/平方英尺(2，000至2，300磅/千平方英尺 (“lb/msf”))，密度为约50磅/立方英尺(“pcf”)或更大。另外，‘022专利涉及增加‘066 专利中公开的面板的石膏含量(以及因此密度和重量)，并降低那些面板的矿物纤维/玻璃纤维含量，以提供更大的石膏-受热器能力。诸如‘022专利的参考文献还认识到，蛭石的膨胀性质除非受到限制，否则将在高温条件下在相对较短的时间内导致芯的散裂(即碎裂、 剥离或片落)以及使用含有蛭石的面板制得的墙组件的破坏。
[0034]在另一实例中，美国专利N0.3，454，456描述了将非膨胀蛭石引入耐火级石膏面板芯中，以抵抗面板的收缩。‘456专利也依赖于相对较高的石膏含量和密度提供所需的受热器能力。‘456专利公开了具有约19251b/msf的最小重量和约46pcf的密度的精制1/2 英寸石膏面板的面板重量。这是与对于耐火级应用目前商业上提供的更厚和重得多的5/8 英寸厚的石膏面板(约2175至23001b/msf)可相比的密度。
[0035]‘456专利也公开了在石膏面板芯中使用蛭石来增加面板的耐火等级具有明显局限性。例如‘456专利指出(如同‘022专利)，蛭石在芯内的膨胀可导致芯由于散裂和其他破坏作用而分裂。‘456专利也公开了非膨胀蛭石粒子可使芯结构变弱，使得芯变得弱、柔软和易碎。‘456专利旨在通过使用具有相对较小的粒径分布(超过90%的非膨胀粒子小于 n0.50筛目尺寸(大约0.117英寸(0.297mm)开口)，小于10%的非膨胀粒子略大于n0.50筛目尺寸)的“独特的”非膨胀蛭石，从而在石膏面板中使用蛭石来解决这些显著的固有局限性。该方法据称抑制了面板上蛭石膨胀的不利作用，如‘456专利的第2栏第52-72行所述。
[0036]在另一方法中，美国专利3，616，173涉及具有石膏芯的1/2英寸厚的耐火石膏面板，‘173专利的石膏面板的特征在于更轻的重量或更低的密度。‘173专利的面板与现有技术1/2英寸面板的区别在于重量约2，0001b/msf或更大，并具有超过约48pcf的芯密度。 因此，‘173专利公开了密度为约35pcf或35pcf以上，优选约40pcf至约50pcf的面板。 ‘173专利通过将显著量的小粒径无机材料(粘土、胶体二氧化硅或胶体氧化铝)掺入其石膏芯中，以及掺入在高温条件下防止其石膏面板的收缩所需的量的玻璃纤维，从而实现了其公开的芯密度。
[0037]也做出其他努力以通过各种方式来增加石膏面板的强度和结构完整性，并降低面板重量。参见例如美国专利7，731，794和7，736，720以及美国专利申请公布 2007/0048490A1,2008/0090068A1和2010/0139528A1。然而，这些努力本身并未充分考虑制备对火和高热条件足够抗性的低重量面板。
[0038]在许多应用中，提供具有抵抗相对高热或火条件的作用以使热水平经过这种面板延迟甚至半小时的能力的这种低重量石膏面板将是对本领域的重要贡献。然而，通常认为明显降低石膏面板中的芯的密度不仅将降低面板的强度性质和结构完整性，还会降低它们使热量经过面板延迟甚至半小时的能力。更特别地，在这些应用中特别关注具有预期低强度和结构完整性和故意的低石膏含量的面板，因为预期它们过于易受通过与相对高热或火条件接触所导致的收缩力和其他应力的侵害，并且对于吸收和阻挡与这些条件相关的热量是无效的。
[0039]尽管如此 ，公认的是降低石膏面板的重量使运输更容易和更经济，并且更易于处理和安装。因此，如果可制得在需要耐火和耐极热的应用中表现良好的低重量和低密度的石膏面板而无需依赖于诸如蛭石、粘土、胶体二氧化硅或胶体氧化铝的添加剂，则这将是耐火石膏面板领域中的重要进步。
[0040]最后，应注意在不存在耐水添加剂的情况下，当凝固石膏浸入水中时，其吸收其重量的至多50%的水。而且，当石膏面板(包括耐火石膏面板)吸收水时，它们溶胀，变得变形并失去强度，这可能使它们的耐火性质劣化。相比于常规更重的耐火面板，低重量和密度的耐火面板具有多得多的空气和/或水空穴。预期这些空穴会增加吸水速率和程度，从而使这种低重量耐火面板比常规更重的耐火面板更具吸水性。
[0041]在过去已有许多尝试来通常改进石膏面板的耐水性。已将各种烃类(包括蜡、树脂和浙青)添加至用于制备面板的浆料中，以将耐水性赋予凝固面板。为此目的使用硅氧烷也是公知的。
[0042]尽管硅氧烷在石膏浆料中的使用是通过原位形成硅树脂而将耐水性赋予精制面板的有用方式，但预期硅氧烷不会充分保护低重量和密度的面板。因此，本领域需要一种通过提高通常由硅氧烷所赋予的耐水性而以合理的成本制备具有改进的耐水性的低重量和密度的耐火石膏面板的方法。
【发明内容】
[0043]本发明的低重量低密度的石膏面板为在先的共同待审的美国专利申请 N0.12/795，125的教导的改进，所述专利申请以引用方式并入本文。‘125申请的发明包括一种用于形成低密度石膏面板的浆料，其可包含灰泥、分散剂、含磷酸盐的组分和预胶化淀粉。分散剂可以以约0.1重量％-3.0重量％的量存在，以干灰泥的重量计。预胶化淀粉可以以至少约0.5重量％直至约10重量％的量存在，以配方中的干灰泥的重量计。含磷酸盐的组分可以以至少约0.12重量％的量存在，以灰泥的重量计。其他浆料添加剂可包括促进剂、粘结剂、纸或玻璃纤维和其他已知成分。本发明也包括使用这种浆料制得的低重量低密度石骨面板。
[0044]在一些方面，本发明包括一种标称5/8英寸厚的低重量低密度石膏面板以及制造这种面板的方法，所述低重量低密度石膏面板比通常用于建造应用的标称5/8英寸厚的石膏面板轻得多且密度更低，并具有将高热水平经过面板延迟超过半小时的能力。在一些这种方面，本发明的面板(芯加上覆盖片材)具有约27至约37磅/立方英尺(“pcf ”)，优选约 29至约34pcf，更优选约30至约32pcf的密度，所述面板设置在两个基本上平行的覆盖片材之间。在这种方面，大约5/8英寸厚的本发明的面板的重量小于约19001b/msf，优选小于约17401b/msf,且更优选小于约16401b/msf。
[0045]在其他方面，本发明的低重量和密度的面板的配方以及制备所述面板的方法提供了石膏面板，所述石膏面板具有上述耐火性质、小于约37pcf，优选小于约34pcf?且更优选小于约32pcf的密度，以及满足ASTM C1396/C1396/M-09的标准的拔钉阻力(nail pull resistance)。更特别地,在本发明的实施例中,这种面板具有至少871b的拔钉阻力。
[0046]在本发明的其他方面，使用包含至少水、灰泥和如下确定的其他组分的含石膏的浆料提供了用于标称5/8英寸的耐火级面板的凝固石膏芯组合物。在一个这种实施例中， 凝固石膏芯具有约25至约36pcf的密度,且所述芯包含约10401bs/msf至约14901bs/msf 的量的灰泥；以灰泥计约0.3重量％至约4重量％的预胶化淀粉；以灰泥计约0.1重量％至约0.3重量％的矿物纤维、玻璃纤维或碳纤维，以及·以灰泥计约0.15重量％至约0.5重量％ 的磷酸盐。(除非另外指出，否则石膏芯的组分的百分比基于用于制备芯浆料的灰泥的重量以重量表示)。
[0047]在其他方面，本发明的面板的石膏芯具有约27至约33磅/立方英尺的密度，以及约1315至约1610磅lb/msf的凝固石膏芯重量。在这种方面，所述石膏芯也包含约0.5% 至约2.0%的预胶化淀粉；约0.1%至约0.3%的矿物纤维、玻璃纤维或碳纤维?’灰泥，以及约 0.01%至约0.15%的磷酸盐。
[0048]本发明也包括具有标称3/4英寸厚度的石膏面板的制备和用途。这种面板将具有如上所述的值的约120%的面板成分水平。另外，它们抵抗火和高热条件的能力在标称5/8英寸厚的面板的所述能力的至少约120%的水平上。本发明的面板和芯配方的其他方面和变型在下文讨论。
[0049]其他常规添加剂也可以以常规的量在本文公开的芯浆料和石膏芯组合物的方面中的每一个中使用，以将所需的性质赋予芯，并有利于它们的制造。这种添加剂的例子为促凝剂、缓凝剂、脱水抑制剂、粘结剂、粘合剂、分散助剂、均化剂或非均化剂、增稠剂、杀菌剂、 杀真菌剂、PH调节剂、着色剂、防水剂、填料和它们的混合物。
[0050]在本文公开的本发明的面板及其制造方法的上述方面和其他方面中，使用如下进一步讨论的方法将水性泡沫以有效提供所需石膏芯密度的量添加至芯浆料中。泡沫组分向芯浆料的添加产生有助于一种或多种面板和/或芯强度性质的空穴和空穴尺寸的分布。类似地，可将包含石膏和其他添加剂的另外的浆料层、条或带(其可具有相对于芯的其他部分增加的密度)施用至第一或第二覆盖片材，以将特定的性质提供至精制面板，如硬化的边缘或硬化的面板表面。
[0051]本发明的另一方面包括一种制备石膏面板的方法，所述石膏面板能够将热水平经过面板延迟约半小时或更长，其中凝固石膏芯组分由含煅烧石膏的水性浆料形成。在此方面，所述浆料包含预胶化淀粉、分散剂、磷酸盐、矿物纤维/玻璃纤维/碳纤维、泡沫和其他添加剂、水/灰泥重量比为约0.6至约1.2，优选约0.8至约1.0，更优选约0.9的灰泥和水。然后芯浆料作为连续带沉积于第一覆盖片材的连续幅材上，并在所述连续幅材上分布。 然后将第二覆盖片材的连续幅材置于沉积的浆料上，以形成具有所需的大约5/8英寸(或 3/4)厚度的通常连续的石膏面板。在含煅烧石膏的浆料充分硬化(通过煅烧石膏的脱水以形成凝固石膏的连续基质)以用于切割之后，将所述通常连续的石膏面板切割成具有所需长度的单独的面板，并干燥所得石膏面板。
[0052]本发明的实施例满足或超越了对以合理成本制备具有改进的耐水性的耐火石膏面板的催化剂和方法的需要，其中硅氧烷的聚合加速，且在一些情况中可降低满足 ASTM1398规范所需的硅氧烷的量。
[0053]更具体地，使用包含灰泥、C类飞灰、氧化镁、硅氧烷和水的乳状液，以及以灰泥重量计大于2.0重量％的预胶化淀粉的浆料，硅氧烷的聚合得以改进。该浆料在制备耐水/ 耐火石膏面板的方法中使用，所述方法包括制备硅氧烷、预胶化淀粉和水的乳状液的浆料， 然后将所述浆料与灰泥、氧化镁和C类飞灰的干燥混合物组合。然后使用所述浆料制造石膏面板，如前所述。所得产品可用于制备耐火耐水石膏面板，所述耐火耐水石膏面板具有包括硫酸钙二水合物晶体和硅树脂的交织基质的芯，其中包含氧化镁和来自C类飞灰的组分的催化剂分散于整个所述交织基质中。
[0054]氧化镁和C类飞灰的混合物催化硅氧烷的聚合，以加速由所述浆料制得的产品中耐水性的发展。以此方式制得的耐火/耐水石膏面板无需储存长时间来等待硅氧烷的聚合反应的完成。
[0055]该催化剂的使用也增加了反应程度，从而产生改进的耐水性。使用飞灰和氧化镁组合，可获得小于5重量％的吸水率。因此，除了使聚合反应加速之外，该催化剂也允许硅氧烷更完全地聚合，从而在一些情况中允许降低硅氧烷的量。由于硅氧烷是更昂贵的面板添加剂之一，因此使用量的降低产生原料成本的节约。
[0056]本发明的另一优点是面板的尺寸稳定性。用于催化该反应的一些化合物在面板干燥时产生显著的膨胀。当面板内部膨胀时，其导致外表面的裂缝，并损坏面板。飞灰和氧化镁的使用在精制面板中产生极小的膨胀和极小的裂缝。也出乎意料地发现，经聚合的硅树脂在高热条件下减少了面板的收缩。
[0057]所述组合的飞灰和氧化镁催化剂也使用范围广泛的氧化镁等级而提供了令人满意的聚合。尽管现有技术仅公开了僵烧氧化镁适于充当硅氧烷聚合的催化剂，但当与飞灰组合时，甚至可使用硬烧或轻烧氧化镁。该特征为石膏面板制造商提供了在用于浆料中的氧化镁源的选择上的另外的自由度。
[0058]最后，大于2.0重量％的预胶化淀粉连同硅氧烷起作用，以获得良好的耐水性。尽管认为硅氧烷/高度预胶化淀粉组合首先通过堵塞入水口，然后通过在淀粉吸水时形成高度粘性的淀粉/水组合，从而减慢水通过面板边缘上的微孔进入，但本发明人不旨在受限于该理论。
[0059]如上
【发明内容】
不旨在限制如本领域技术人员所理解的本发明的范围。本发明的其他方面和实施例在下文和所附附图中公开。
【专利附图】
【附图说明】
[0060]除非另外明确指出，否则如下所列并进一步讨论的附图为本文公开的发明的示例，而非限制本文公开的发明。
[0061]图1为在使用本发明的面板的测试组件(所述测试组件如本文实例8所述经受在 U419的条件下的耐火测试)的未暴露未受热表面上的最大单个传感器温度的图和传感器温度的平均值的图，以及用于在测试组件的暴露受热侧上的炉温的ASTM119温度曲线的图。
[0062]图2为图1中所示的最大单个传感器温度和平均传感器温度的数据的放大图。
[0063]图3为在使用本发明的面板的测试组件(所述测试组件如本文实例9所述经受在 U305的条件下的耐火测试)的未暴露未受热表面上的最大单个传感器温度的图和传感器温度的平均值的图，以及用于在测试组件的暴露受热侧上的炉温的ASTM119温度曲线的图。
[0064]图4为图3中所示的最大单个传感器温度和平均传感器温度的数据的放大图。
【具体实施方式】
[0065]共同待审的申请的本发明的一些实施例提供了由含有灰泥、预胶化淀粉和萘磺酸盐分散剂的含石膏的浆料制得的精制的含石膏的产品。所述萘磺酸盐分散剂以约0.1重量％-3.0重量％的量存在，以干灰泥的重量计。预胶化淀粉以至少约0.5重量％直至约10 重量％的量存在，以配方中的干灰泥的重量计。可在浆料中使用的其他成分包括粘结剂、纸纤维、玻璃纤维和促进剂。通常将肥皂泡沫添加至新制的含石膏的浆料中，以降低最终的含石膏的产品(例如石膏面板)的密度。
[0066]约0.5重量％直至约10重量％的预胶化淀粉、约0.1重量％直至约3.0重量％的萘磺酸盐分散剂，和最少至少约0.12重量％直至约0.4重量％的含磷酸盐的组分(所有均以石膏浆料中所用的干灰泥的重量计)的组合出乎意料地并显著增加了石膏浆料的流动性。 这显著降低了生产具有足够流动性以用于制备含石膏的产品(如石膏面板)的石膏浆料所需的水量。据信作为标准配方(作为三偏磷酸钠)的三偏磷酸盐水平的至少约两倍的三偏磷酸盐水平增加了萘磺酸盐分散剂的分散剂活性。[0067]在共同待审的申请中所用的萘磺酸盐分散剂包括聚萘磺酸及其盐(聚萘磺酸盐)和衍生物(其为萘磺酸与甲醛的缩合产物)。特别合意的聚萘磺酸盐包括萘磺酸钠和萘磺酸钙。萘磺酸盐的平均分子量可为约3，000至27，000，尽管优选的是分子量为约8，000至10，000。在给定固体％水溶液下，相比于更低分子量的分散剂，更高分子量的分散剂具有更高的粘度，并产生配方中更高的水需求。可用的萘磺酸盐包括可得自俄亥俄州克利夫兰的GEO专业化学公司(GEO Specialty Chemicals, Cleveland, Ohio) 的DIL0FL0、可得自马萨诸塞州列克星敦的汉普夏化学公司(Hampshire Chemical Corp., Lexington, Massachusetts)的DAXAD,和可得自印第安纳州拉斐特的GEO专业化学公司(GEO Specialty Chemicals, Lafayette, Indiana)的 LOMAR D。例如，萘横酸盐优选用作35-55重量％固含量范围内的水溶液。最优选的是使用例如约40-45重量％固含量范围内的水溶液形式的萘磺酸盐。或者，当适当时，萘磺酸盐可以以干燥固体或粉末的形式使用，例如LOMAR D0
[0068]可用于本发明的聚萘磺酸盐具有通用结构(I):
[0069]
【权利要求】
1.一种石膏面板，其包括设置于两个覆盖片材之间的凝固石膏芯，所述面板具有在约 27至约371b/ft3 (约433至约592kg/m3)范围内的密度和至少约17分钟的隔热指数。
2.根据权利要求1所述的石膏面板，其中所述面板具有至少约Illb(约5kg)的芯硬度， 并且在约0.625英寸(约1.588cm)的标称面板厚度下所述面板具有至少约851b (约39kg) 的拔钉阻力，所述拔钉阻力根据ASTM标准C473-09测定。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的石膏面板，其中所述面板显示出约10%或更小的高温收缩率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的石膏面板，其中所述面板具有约5重量％或更小的吸水率，所述吸水率根据ASTM标准C473-09测定。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的石膏面板，其中所述凝固石膏芯由浆料形成，所述浆料包含至少水、灰泥和有效提供比由不含淀粉的浆料形成的凝固石膏芯更大的芯硬度的量的淀粉。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的石膏面板，其中所述凝固石膏芯由浆料形成，所述浆料包含至少水、灰泥、以灰泥重量计约0.5重量％至约10重量％的量的淀粉，以及以灰泥重量计约0.1重量％至约0.3重量％的量的矿物纤维、玻璃纤维或碳纤维或它们的组合。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的石膏面板，其中所述浆料还包含:(i)以灰泥重量计约0.1重量％至约3重量％的量的分散剂；(ii)以灰泥重量计约0.1重量％至约0.5 重量％的量的含磷酸盐的组分；(iii)以灰泥重量计至少约0.4重量％的量的硅氧烷；(iv) 以灰泥重量计至少约2重量％的量的预胶化淀粉；或(V) (i)- (iv)的任意组合。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的石膏面板，其中所述浆料还包括有效增加如下性质的量的硅氧烷:(i)面板的耐水性，使得所述面板具有约5重量％或更小的吸水率， 所述吸水率根据ASTM标准C473-09测定；(ii)面板的耐高温收缩性，使得所述面板显示出比具有由不含硅氧烷的浆料形成的凝固石膏芯的面板的高温收缩率更小的高温收缩率；(iii)面板的耐高温收缩性，使得所述面板显示出为具有由不含硅氧烷的浆料形成的凝固石膏芯的面板的高温收缩率的约一半或更小的高温收缩率；或(iv) (i)- (iii )的任意组合。
9.一种耐火石膏面板，其包括设置于两个覆盖片材之间的凝固石膏芯，所述面板具有在约27至约371b/ft3 (约433至约592kg/m3)范围内的密度，所述面板有效抑制热传递通过根据UL U419或UL U305工序制得的所述面板的组件，在所述组件中一个表面暴露于热源，且相对的未受热表面包括施用于其上的多个传感器，使得在约30分钟的经过时间时在未受热表面上的最大单个传感器温度小于约415° F (约213°C)，热源遵循根据ASTM标准 E119-09a的时间-温度曲线，且传感器以根据用于制备组件的工序的图案排列。
10.根据权利要求9所述的耐火石膏面板，其中所述面板有效抑制热传递通过所述组件，使得在约30分钟的经过时间时在未受热表面上的平均传感器温度小于约340° F (约 171。。)。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的耐火石膏面板，其中:(i)所述面板具有至少约Illb (约5kg)的芯硬度；(ii)所述面板具有大于约17分钟的隔热指数；(iii)在约 0.625英寸(约1.588cm)的标称面板厚度下,所述面板具有至少约851b (约39kg)的拔钉阻力，所述拔钉阻力根据ASTM标准C473-09测定；(iv)所述面板显示出约10%或更小的高温收缩率；(V)所述面板具有约5重量％或更小的吸水率，所述吸水率根据ASTM标准C473-09 测定；或(vi) (i)- (V)的任意组合。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的耐火石膏面板，其中当根据UL U305工序制得组件时，所述面板有效抑制热传递通过所述组件，使得:(a)在未受热表面上的最大单个传感器温度(i)当根据ULU305测量时，在约45分钟的经过时间时小于约415° F (约213°C)，或(ii)当根据ULU305测量时，在约45分钟的经过时间时小于约270。F (约132。。)；(b)在未受热表面上的平均传感器温度(i)当根据ULU305测量时，在约30分钟的经过时间时小于约340° F (约171°C)，或(ii)当根据ULU305测量时，在约45分钟的经过时间时小于约245° F (约118°C)；或(c)(a)和(b)的任意组合。
【文档编号】C04B20/06GK103596901SQ201280017800
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年2月24日 优先权日:2011年2月25日
【发明者】余强, W·D·宋, S·维拉玛斯纳尼, W·栾 申请人:美国石膏公司