耐水性改良的纤维板的制作方法
【专利说明】耐水性改良的纤维板
[0001] 本申请是申请日为2006年8月1日、申请号为200680031323. 0、发明名称为"耐 水性改良的纤维板"的发明专利申请的分案申请。
【背景技术】
[0002] 石膏制品，特别是石膏板或者墙板，通常用于工业和建筑产品中，这是由于其易获 得性和低成本。通过脱水和再水化石膏（也被称为二水合硫酸钙或者石膏粉），可将其形成 为有许多有用形状的物品。石膏制品具有防火特性，其至少部分原因是每个硫酸钙分子是 与两个水分子相结合的。如果没有加强料，成型的干石膏将会相对易碎，并且无法支撑较重 的负荷或承受很大力量的冲击。
[0003] 诸如木材或纸质纤维的基质材料的添加可改善墙板的抗张强度和挠曲强度。然 而，二水合硫酸钙的减少和易燃材料的添加将降低生成品的阻燃性能，并且成本更高。
[0004] 制造诸如纤维板的不具有纸质覆面的颗粒增强石膏制品的各种努力都没有获得 所期望的强度的改进。虽然并不期望被理论所限制，人们仍相信石膏颗粒和增强颗粒之间 缺乏连接，这使在界面处可分离，并使该合成物无法形成坚固的板材。
[0005] 在Baig的美国专利No. 5, 320, 677中公开了可通过在煅烧石膏之前混合二水合硫 酸钙和木材颗粒，以制成坚固的合成物制品。在石膏和颗粒形成稀浆之后，将其在压力下加 热到至少140°C，以将二水合硫酸钙转化为α形式的半水硫酸钙，其也被称为灰泥或熟石 膏。在这一工艺中应用的α形式的特征是形成拉长的针状晶体。它们中的一些将以晶体 的形式在小孔、空穴以及颗粒表面中的其他瑕疵中形成。当浆料冷却时，灰泥再水化，形成 了石膏晶体和增强颗粒的联锁基质。
[0006] 此外，已经进行了大量的工作以改善石膏制品的防水性。在美国专利 No. 2, 198, 776中揭示出，包含蜡和沥青的碳氢化合物可降低水的吸收。已经应用包含金属 皂和聚硅酮的无机材料作为生成的石膏制品表面的涂层。例如，应用蜡的产品的防水特性 并不是十分可再现的。目前，应用于生产设备的蜡复合体的结果是可变的，所以蜡被过度使 用（以较高的总成本），以确保沉值在可接受的水平以内。
[0007] 现有技术教导硅氧烷在以乳液的形式被添加到浆料中时是有益处的。在Englert 的美国专利No. 5, 817, 262中，将硅氧烷乳液添加到纤维板制品中。将稳定的乳液添加到煅 烧后的石膏浆液料中，随后将其再水化。通过对浆料脱水形成滤饼，在多孔表面上挤压滤 饼。随后可以凝固饼，其后，将其在常规的干燥炉中干燥。然而，这样的板材无法达到预期 的强度。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种防水特性改良并结合较高强度的纤维板。本发明已经达 到或超越了上述以及其他目的，本发明包括在催化剂存在的情况下，向石膏纤维板中添加 防水添加剂，从而形成具有改良的强度和很好的防水特性的板材。
[0009] 更特别的，包括纤维板的各种制品是由可泵送且易流动的浆料制成的，该浆料包 括：销定在主颗粒（host particle)中的煅烧硫酸 1? (calcined calcium sulfate) α-半 水合物、煅烧硫酸钙α-半水合物、有机硅化合物、氧化镁、和水。氧化镁催化15个有机硅 化合物变成有机硅树脂的反应。
[0010] 在制造防水纤维板的优选方法中，二水合硫酸钙与主颗粒以及水相结合，从而形 成浆料，在压力下加热该浆料，以煅烧二水合硫酸钙，从而形成煅烧硫酸钙α -半水合物。 在解除压力之后，将有机硅化合物和氧化镁添加到浆料中。将该浆料脱水，从而形成滤饼， 随后将该饼形成期望的形状并可以凝固该饼。
[0011] 同时，也发现，不必应用真正的乳液来达到石膏浆料中硅氧烷的有效利用。可将硅 氧烷形成分散体，其在充分用于使产品形成、凝固和干燥的时间内保持稳定。与由硅氧烷乳 液制作的板材相比，由包括分散于水中的硅氧烷的浆料制造的板材具有增强的强度。
[0012] 本发明纤维板的防水性能得到了改进。所应用的氧化镁催化剂，导致硅氧烷更快 并更完全的聚合，使产品具有额外的斥水性。这些结果是在不对纤维板的物理性质造成负 面改变的情况下获得的。
【具体实施方式】
[0013] 本发明的颗粒增强石膏制品是通过形成可泵送且易流动的石膏浆料而制造的。浆 料的主要成份是含石膏材料。起始含石膏材料包括任何形式的二水合硫酸钙，其包括石膏 粉（Iandplaster)、白土（terra alba)和任何合成等效物或其混合物。一种优选的石膏为 KCP石膏，KCP石膏是作为由 Allegheny Energy Supply(Willow Island，WV)按照发电厂废 气净化的副产品制造的合成石膏。其他包括石膏粉和白土的适合的石膏制品可从United States Gypsum Company，Gypsum，OH处获得。湿石膏可不首先经过干燥而应用于衆料中， 这不同于传统的纸面干式墙。优选情况下，石膏具有相当高的纯度，并被细致的研磨。优选 情况下，石膏的颗粒分布包括至少92%的筛目为负100或更小的颗粒。石膏可以按照干粉 或浆液料的形式引入。
[0014] 石膏浆料的另一种成分为主颗粒。"主颗粒"是指能够增强石膏的任何物质的任意 肉眼可见的颗粒，例如纤维、碎片或薄片。该颗粒，通常无法溶解于浆液中，其中也应具有可 进入的空隙；无论是凹坑、裂纹、裂缝、裂沟、空心，还是其他表面瑕疵，其是浆料可穿透的， 并且在其中可以形成硫酸钙晶体。人们也希望这些空隙可出现在颗粒的可见部分上。当空 隙很多并且很好地分布在颗粒表面上时，主颗粒和石膏之间的物理结合将得到增强。优选 情况下，主颗粒具有比石膏更强的抗张强度和挠曲强度。植物纤维，尤其是木质纤维和纸质 纤维，可作为适合于本发明的浆料和工艺的主颗粒的例子。根据含石膏成分的重量，使用以 重量计大约〇. 5至大约30 %的主颗粒。更优选地，成品包括以重量计大约3 %至大约20%， 更优选大约5%至大约15%的主颗粒。尽管下面的讨论是关于木质纤维，其并非限制，而是 这里可应用的广泛种类的合适成分的代表。
[0015] 优选情况下，木质纤维的形式为再生纸、木浆、纸板、木刨花、其他植物纤维来源或 者它们的混合物。再生纸板容器是主颗粒的特别优选来源。可需要对这些颗粒进行预处 理，以打碎带缘大块（Lip clump)，分开尺寸过大和过小的材料，以及在一些情况下，预提取 可不利地影响石膏煅烧的污染，例如半纤维素、黄烷类等等。
[0016] 本发明的另一种成分是可在石膏基中形成有机硅网络的有机硅化合物。优选情况 下，有机硅化合物为适合聚合在有机硅聚合物中的较低分子量的氢5改性硅氧烷。优选情 况下，将有机娃化合物以乳液、胶体或分散在水中的形式添加。任何保持有机娃化合物充分 分散直到形成有机硅聚合体的有机硅化合物和水的混合物都适用于本发明。
[0017] 尽管现有技术应用硅氧烷乳液，但是在本发明中，优选情况下，应用未形成真正乳 液的硅氧烷。水和有机硅化合物优选在产生硅酮油的精细水分散体的高强度混合装置中 结合。优选情况下，在形成工艺中的高压煅烧炉和静态混合器上流之间将这种分散体注入 到石膏浆料中。必须使选择的有机硅化合物适于在干燥步骤中，在氧化镁存在的条件下硬 化或聚合成有机硅聚合物，从而为成品提供改进的防水特性。优选的硅有机物为Wacker Chemical Corporation (Adrian，MI)生产的 SILRES BS 94〇
[0018] 优选情况下，基于含石膏材料的重量，有机硅成分的量在大约0. 08%到大约1% 的范围内。更优选的情况下，有机硅成分的量为以重量计大