专利名称：：用水分散预凝胶淀粉制造石膏产品的方法
技术领域：
：本发明涉及一种在水中预分散预凝胶淀粉，并将该淀粉分散体加到含石膏浆中的方法。该方法可用于制造含石膏产品，包括板强度增加和板重量减少的石膏墙板。
背景技术：
：石膏(二水合硫酸钙)的某些性能使其在工业和建筑产品，尤其是石膏墙板的制造中很受欢迎。石膏是一种丰富和廉价的原料，其通过脱水(或焙烧)和再水合过程，可以铸造、模塑或以其它方式形成有用的形状。作为石膏墙板和其它石膏产品制造来源的基底材料是硫酸钙的半水合物形式(CaS044/2H20)，通常称作"灰泥"，它是由硫酸钙二水合物形式(CaS04'2H20)加热转化，从中除去1-1/2分子水产生。再水合后，半水合物分解，石膏晶体沉淀，结晶状物质定型并变成固体，提供凝固的石膏材料。为了制造含石膏产品，一般要先制备含石膏浆。含石膏浆可包含灰泥和水，以及其它已知的成分和添加剂，例如淀粉、分散剂、促进剂、粘合剂、玻璃纤维和纸纤维等。已知淀粉是凝固的石膏芯内石膏晶体的很好的粘合剂，可增加板强度。此外，淀粉可发挥作用，为墙板产品中凝固的石膏芯和表面之间提供良好的接触面。在本领域，细磨的(如，其中>99%的颗粒穿过100目筛)预凝胶玉米淀粉在含石膏浆中的应用是已知的。然而，细磨淀粉产生不易沉降的细小粉尘。另一个问题是该细磨淀粉会要求额外的处理水。例如，l磅干细磨淀粉会增加需水量约101b/MSF(MSF为1000平方英尺的工业术语)。粗淀粉，即粒径较大的淀粉，可用在含石膏浆中，因为它粉尘较少且易于处理。此外，在浆体中较大粒径需水量较少。然而由于粒径较大，用标准的干基工艺，例如在极短期内通过接触时间典型地小于l秒的板混合器混合水和灰泥，难以在石膏浆中充分分散粗淀粉。如果可以找到一种方法有效应用粒径较大的预凝胶淀粉，可减少用水，实现节约成本。另外，使用粒径较大的预凝胶淀粉可增加板强度，因此成为对本领域有用的贡献。
发明内容在一种实施方式中，本发明包括用于制造具有凝固的石膏心的石膏墙板的含灰泥浆(stucco-containingslurry)，其中该含灰泥浆包括灰泥和预凝胶淀粉的水预分散体。该预凝胶淀粉具有下列范围内的粒径分布d(0.1)=约20誦35^1，d(0.5)=约60-110^，d(0.9)=约100-220ji。浆体中还可使用其它常规成分，适当地包括分散剂(如萘磺酸盐)、增强剂(如三偏磷酸盐)、促进剂、粘合剂、纸纤维、玻璃纤维和其它己知成分。还可以加入肥皂泡沬以降低最终石膏墙板产品的密度。本发明的另一种实施方式包括一种通过制备包括水、灰泥和预凝胶淀粉的含灰泥浆来制造石膏墙板的方法，其中预凝胶淀粉在水中预分散。该预凝胶淀粉具有下列范围内的粒径分布:~d(0.1)=约20-35^1，d(0.5)=约60-110n，d(0.9)=约100-220p。预凝胶淀粉在水中预分散之后，将该预凝胶淀粉分散体加到含灰泥浆中。产生的含灰泥浆在第一纸板层(papercoversheet)上沉积，然后将第二纸板层置于沉积的浆体上形成石膏墙板。为了切割，含石膏浆充分硬化后，切割该石膏墙板，然后干燥得到的石膏墙板。浆体中还可使用其它常规成分，适当地包括分散剂(如萘磺酸盐类)、增强剂(如三偏磷酸盐类)、促进剂、粘合剂、纸纤维、玻璃纤维和其它己知成分。可以加入肥皂泡沫以降低最终石膏墙板产品的密度。附图简要说明图1为描述本发明一种实施方式中，预凝胶玉米淀粉两种代表性样品的粒径分布和累积分布的表图。具体实施例方式在本发明中，意外地发现，预凝胶玉米淀粉研磨至特定粒径范围，然后在水中预分散，再加到含灰泥浆中可得到石膏墙板。任何合适的标准商业粉磨设备均可用于这一目的。研磨可通过使用如筛分机(sifter)来完成。预凝胶玉米淀粉的粒径分布(PSD)是本发明的关键特征，其应处于下列范围内d(0.1)=约20画35^1，d(0.5)=约60-110p，d(0.9)=约100誦220p。如图l所示，粒径范围可以用例如来自新帕泰克有限公司(SymopatecGmbh，克劳斯塔尔-采勒费尔德，德国)的新帕泰克粒度分析仪(激光衍射技术)，或其它商业上可得到的测量仪器进行确定。上述值代表体积百分率，即d(0.1)表示颗粒总体积的10%具有小于或等于约20n-35|a的直径，而其余的90%的直径大于20n-35wd(0.5)表示颗粒总体积的50%具有小于或等于约60p-l10|i的直径，而其余的50%的直径大于60^110wd(0.9)表示颗粒总体积的90%具有小于或等于约100h-220h的直径，而其余的10%的直径大于100n-220p。一种优选的预凝胶玉米淀粉的PSD为d(0.1)=25p，d(0.5)=80n，d(0.9)=150|i。另一种更优选的预凝胶玉米淀粉的PSD为d(0.1)=20fi，d(0.5)=60p，d(0.9)=100p。淀粉，尤其包括预凝胶玉米淀粉，必须用在根据本发明制备的含灰泥浆中。优选的预凝胶淀粉为预凝胶玉米粉，例如来自邦吉公司(Bimge，密苏里州，圣路易斯)的预凝胶玉米粉，其具有下列典型的分析特征水分7.5%，蛋白质8.0%，油0.5%，粗纤维0.5%，灰分0.3%;湿强度为0.48psh松密度为35.01b/ft3。预凝胶玉米淀粉的用量可达到约10%的重量，以含灰泥浆中所用的干灰泥的重量为基准。其它有用的淀粉包括但不限于预凝胶大米淀粉和预凝胶小麦淀粉。水/灰泥(W/S)比率或"WSR"，是一个重要的参数，因为最后必须通过加热除去过量的水而造成浪费，而且由于加热过程中所用燃料成本高导致费用昂贵。工艺水用量和随之发生的WSR保持在低水平是有利的。在本发明的一种实施方式中，WSR可以为约0.31.5，取决于淀粉使用水平和灰泥的性质(颗粒大小/形状)。在一种优选实施方式中，WSR可以为约0.31.2，该范围显示需水量大大降低。本发明可选择地使用萘磺酸盐分散剂，包括聚萘磺酸及其盐(聚萘磺酸盐)以及衍生物，该衍生物为萘磺酸和甲醛的冷凝产物。可取的聚萘磺酸盐尤其包括萘磺酸钠和萘磺酸钙。萘磺酸盐的平均分子量可以为约300020000，分子量约为8000-10000的更为优选。分子量较大的分散剂具有较高的粘性，且在成型过程中产生的需水量更高。有用的萘磺酸盐包括来自Henkd公司的LOMARD，来自GEO特种化学品公司(俄亥俄州，克利夫兰)的DILOFLO，来自Hampshire化学公司(麻萨诸塞州，莱克星顿)的DAXAD。优选萘磺酸盐以水溶液形式使用，例如，固体物含量约4045%重量的水溶液。本发明中有用的聚苯磺酸盐具有以下通式(I):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>其中">2，M为Na，K，Ca等。例如，萘磺酸盐分散剂为约45%重量的水溶液，其使用范围以石膏复合配方中所用干灰泥重量计，约为0.5°/。2.5%重量。萘磺酸盐分散剂优选范围为干灰泥重量的约0.7%1.5%重量，最优选范围为干灰泥重量的约0.7%1.2%重量。本发明的实施方式中可选择地使用增强剂，包括偏磷酸盐和聚磷酸盐。根据本发明可使用任何适合的水溶性偏磷酸盐或聚磷酸盐。优选使用三偏磷酸盐，包括复盐，即具有两个阳离子的三偏磷酸盐。尤其有用的三偏磷酸盐包括三偏磷酸钠、三偏磷酸钾、三偏磷酸钙、三偏磷酸钠钙、三偏磷酸锂、三偏磷酸铵等，或其联合。优选的三偏磷酸盐为三偏磷酸钠。优选三偏磷酸盐作为水溶液形式使用，例如圆体物含量为约10%15%重量的水溶液。正如Yii等人的美国专利No.6409825中所描述，还可使用其它环状或非环聚磷酸盐，在此纳入作为参考。三偏磷酸钠是已知的含石膏组合物中的增强剂，但是它一般以石膏浆中干灰泥重量的约0.05%0.08%的重量使用。本发明的实施方式中，三偏磷酸钠(或其它水溶性偏磷酸盐或聚磷酸盐)可以以石膏复合物配方中干灰泥重量的约0.12%0.4%的重量存在。三偏磷酸钠(或其它水溶性偏磷酸盐或聚磷酸盐)的优选范围是石膏复合物配方中干灰泥重量的约0.120.3%重本发明实施方式中可使用纸纤维。纸纤维的有用形式为漂白或未漂白的白纸(virginpaper)纤维。其它纤维素纤维材料也可单独或与纸纤维结合使用。本发明的含石膏组合物中可使用促进剂，例如，Yu等的美国专利No.6409825中描述的湿石膏促进剂(WGA),在此纳入作为参考。一种可取的耐热促进剂(HRA)可用建筑石膏(二水合硫酸钙)的干磨制成。少量的添加剂(通常约5%重量)如糖、右旋糖、硼酸和淀粉可用于制造该HRA。糖和右旋糖为目前的首选。另一个有用的促进剂是美国专利No.3573947所描述的"气候稳定的促进剂"(climatestabilized/stableaccelerator,CAS)，在此纳入作为参考。根据本发明实施方式制造的石膏墙板包括板层或面层(coversheetsorsurfacesheets)，含石膏桨制造的凝固的石膏芯在它们之间形成。根据本发曰月，含石膏浆包括具有上述粒径的预凝胶玉米淀粉。凝固的含石膏芯材料为三明治状，夹在两个大体上平行的板层如纸板层中间。本领域己知有多种不同类型的纸板层，所有这些类型的纸板层均可用于本发明。还可使用包含垫玻璃或聚合物纤维的板层。预分散的预凝胶玉米淀粉可已在混合过程的任何时间加入，用来形成含石膏浆。优选地，预分散的预凝胶玉米淀粉以下述方式加入将水预分散的预凝胶玉米淀粉注入灰泥混合器，例如距离现有的水喷嘴大约IO英寸远。预分散的预凝胶淀粉可以为水中约10%重量的淀粉。为了实现期望的淀粉溶液，用于分散和溶解大颗粒干预凝胶玉米淀粉的水的温度优选高于55°F。来自Admk公司(新罕布什尔州，曼彻斯特)的Rotosolver⑧分散剂，可用于帮助消除10%预混合预凝胶玉米淀粉悬浮液中的白斑点(fisheyes)。为了最终的研磨和溶解，可在引入预分散淀粉后，使用来自Admix(新罕布什尔州，曼彻斯特)的BostonShearpump。如上讨论，在制造含石膏浆时，通过预分散具有较优PSD的预凝胶淀粉实施本发明。需水量只增加约6-71b/MSF，而提供了最大的强度改善和粘着力。即，需水量从约101b/MSF下降，从而节约成本。另外，不管淀粉是否进行预分散，用这些配方制成的K英寸的石膏墙板的板重量可减少约100-1501固SF。下列实施例进一步阐明本发明。它们不应解释为以任何形式限制本发明的范围。实施例1:包括预分散的水淀粉的石膏浆配方样品表1显示示范的含石膏浆配方。表1的值表示基于干灰泥重量的重量百分比。括号内的值为以磅为单位的干重(lb/MSF)。表l:<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>实施例2:用预分散的淀粉制备石膏墙板用实施例1的石膏浆配方A制备石膏墙板样品，根据Yu等的美国专利No.6342284和No.6632550，在此纳入作为参考，但例外的是，预凝胶玉米淀粉在70。F水中，以10%的重量进行预分散。该预分散的(湿)预凝胶玉米淀粉(水分散体)以下述方式添加在距离现存的水喷嘴10英寸处，将水预分散的预凝胶玉米淀粉注入灰泥混合器中。这包括泡沫的单独产生和泡沫引入至其它成分的浆体中，如这些专利中实施例5所述。所得墙板具有的干重为1501lb/MSF，钉拉阻力系数为86.01bs，如下表2所示。实施例3:用预分散的(湿)预凝胶玉米淀粉和干预凝胶玉米淀粉制备i/2英寸石膏墙板的比较测试根据实施例2(即湿配方A)制备的石膏墙板，并与干配方A(用正常的干预凝胶玉米淀粉)和对照物进行比较。干配方A浆和对照浆中使用的淀粉没有进行预分散。表2:<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>1在水中预分散的淀粉245%水溶液3卯叩/卯％相对湿度4应该很清楚地认识到接受的卞ASTM标准77lbMD:机器方向CMD:跨机器方向，10°/。的重量，在这些测试条件下，失败率<50%的百分比是可以根据ASTMC-473完成钉拉阻力，边缘和核心硬度，以及弯曲强度的测试。另外，应指出的是，典型的石膏墙板大约V^英寸厚，重量介于约160018001b/MSF之间。如表2所示，用湿或干的配方A浆制备的墙板，提供的板重的减少大于1001b/MSF。而且，测试结果表明用预分散的淀粉制备的湿配方A板，表现优于干配方A板，尤其在钉拉阻力方面。所有参考文献，包括在此的出版物，专利申请和专利，特此纳入在同等程度上参考，犹如个别地和特定地指出每篇参考文献均被纳入作为参考，并在此全部列出。在描述本发明的上下文(特别是权利要求书上下文)中所用的术语"一"、"一个"，"这个/该"(a，an,the)及类似指称应理解为包括单数和复数，除非本文另有说明或者明确地否认。此处数值范围的列举仅作为一种逐个指出落入该范围的每个独立值的速记方法，除非本文另有说明。每个独立的值被纳入说明书中，犹如其被本文单独列出。本文描述的所有方法可以任何适合的顺序完成，除非本文另有说明或明确地否认。本文提供的任何和所有实施例，或示范性语言(如"例如")，仅为了更好地解释说明本发明，并不限制本发明的范围，除非另有声明。说明书中的语言不应解释为将任何未要求的元素作为本发明实践的要素。在此描述了本发明优选实施方式，包括发明人所知道的实施本发明的最佳模式。应当认识到解释说明的实施方式仅是示范性的，不应被视为限制本发明的范围。权利要求1、用于制造具有一凝固的石膏芯的石膏墙板的含灰泥浆，该含灰泥浆包括灰泥，和一预凝胶淀粉的水预分散体。2、根据权利要求1所述的含灰泥浆，其中该预凝胶淀粉具有如下范围的粒径分布d(0.1),20p-35^d(0.5"约60^1-110^1，d(0.9)-约100ju-220|li。3、根据权利要求1所述的含灰泥浆，其中该预凝胶淀粉具有的粒径分布为d(0.1),25p，d(0.5"约80p，d(0.9)=约150p。4、根据权利要求1所述的含灰泥浆，其中该预凝胶淀粉具有的粒径分布为d(0.1)4勺20p，(1(0.5)=约60|i，(1(0.9)=约lOOn。5、根据权利要求1所述的含灰泥浆，其中该含灰泥浆进一步包含三偏磷酸钠。6、根据权利要求1所述的含灰泥浆，其中该含灰泥浆进一步包含萘磺酸盐分散剂。7、根据权利要求1所述的含灰泥浆，其中水/灰泥比率约为0.31.5。8、根据权利要求1所述的含灰泥浆，其中该预凝胶淀粉以基于灰泥重量的约10%重量的量存在。9、一种制造石膏墙板的方法，包括下述步骤(a)制备包括预凝胶淀粉、灰泥和水的含灰泥浆；(b)提供具有在下述范围粒径分布的预凝胶淀粉；d(0.1)二约20p-35fi;d(0.5)=约60^-110p;d(0.9"约10(Hi-220|i;(c)在水中形成预凝胶淀粉的预分散体；禾口(d)将预凝胶淀粉的预分散体加到含灰泥浆中。10、根据权利要求9所述的方法，进一步包括(e)将含灰泥浆沉积在一第一板层上；(f)将一第二板层置于沉积浆上形成石膏墙板；(g)在含灰泥浆充分硬化后，切割该石膏墙板；和(h)干燥该石膏墙板。11、根据权利要求9所述的方法，其中含灰泥浆进一步包括加入以灰泥重量计，约0.12%~0.4%重量的三偏磷酸钠，以及以基于灰泥重量约0.5%2.5%重量存在的45%重量的萘磺酸盐分散剂水溶液。12、根据权利要求10所述的方法，其中第一板层和第二板层由纸制成。13、根据权利要求9所述的方法，其中预凝胶淀粉是淀粉在水中约10%重量的预分散体。14、根据权利要求9所述的方法，其中预凝胶淀粉以基于灰泥重量约10%重量的量存在。15、根据权利要求9所述的方法，其中预凝胶淀粉具有的粒径分布为d(0.1)-约25p,(1(0.5)=约80^，d(0.9)4勺150n。16、根据权利要求9所述的方法，其中预凝胶淀粉具有的粒径分布为d(0.1)=约20p，d(0.5)=约6(V，d(0.9)=约100卜17、一种制造石膏墙板的方法，包括下述步骤(a)制备包括预凝胶淀粉、灰泥和水的含灰泥浆；(b)提供下述粒径分布形式的预凝胶淀粉d(0.1)-约20p，d(0.5)=约60ji，d(0.9"约100po(c)在水中形成预凝胶淀粉的预分散体；(d)将预凝胶淀粉的预分散体加到含灰泥浆中；(e)将含灰泥浆沉积在一第一板层上；(f)将一第二板层置于沉积浆上形成石膏墙板；(g)在含灰泥浆充分硬化后，切割该石膏墙板；和(h)干燥该石膏墙板。全文摘要本发明提供包括灰泥和预凝胶淀粉的水预分散体的含石膏浆。还提供了一种制造石膏墙板的方法，即通过提供预凝胶淀粉在水中的预分散体，将该预凝胶淀粉的预分散体加入到含石膏浆中制成。该预凝胶淀粉具有下述范围的粒径分布d(0.1)＝约20μ-35μ，d(0.5)＝约60μ-110μ，d(0.9)＝约100μ-220μ。文档编号B32B13/00GK101479099SQ200780023941公开日2009年7月8日申请日期2007年4月6日优先权日2006年4月28日发明者强于,卫新·戴维·宋申请人:美国石膏公司