用于石膏墙板制造的表面活性剂组合物的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2013年4月17日提交的美国临时申请No. 61/813,044的优先权，将 其内容全部引入作为参考。
技术领域
[0003] 本技术总体上涉及石膏墙板的制造，并且更具体地，涉及用于产生在制造石膏墙 板的过程中使用的泡沫的改进的表面活性剂组合物。
【背景技术】
[0004] 在石膏板的生产中，将主要由烧石膏组成的含水芯（core)浆料铺展在两张纸、纸 板或无机纤维之间，并且容许所得芯通过烧石膏（灰泥）的再水合而固化，之后通过将该石 膏板在干燥器中加热而赶走过量的水。为了降低石膏芯的密度，该行业中的通常实践是将 空气泡引入到所述芯中。这通常通过如下而实现：将预先产生的泡沫与其它添加剂一起添 加至石膏芯浆料混合器，之后立即形成芯。该泡沫通常通过将空气引入到泡沫发生器中的 发泡剂（foamingagent)水溶液中而产生。
[0005] 石膏板行业中的主导趋势是设法实现更轻质且更坚固的石膏墙板。为了实现更 轻质，必须俘获更多的空气。很多年以来，石膏板行业使用烷基醚硫酸盐作为石膏板的制 造中的发泡剂。近来，该行业已经转向使用对于烷基部分具有特定的碳链长度和每摩尔烷 基部分具有特别量的亚乙基氧、或者两者的组合的烷基醚硫酸盐（US4156615、US5085929、 和US5116671)。新近，该行业已经考虑将烷基醚硫酸盐与烷基硫酸盐共混（US5643510 和US6706128)、以及使用烷基硫酸盐作为独立应用的（standalone)起泡剂（foamer) (US7033431、US7220373、和EP1328485)来实现轻质墙板，其可通过所述墙板降低的运输成 本、以及降低的灰泥需求而提供经济优势。此外，更轻质墙板可通过减少所需要的水量，从 而最少化使所述墙板干燥所需要的能量而提供能量节约。
[0006] 期望提供可实现更轻质墙板、改进的石膏芯结构、改进的石膏墙板强度、和减少的 水和灰泥需求的新型发泡剂或发泡剂共混物。
【发明内容】
[0007] 在第一方面中，本技术提供烧石膏组合物，其包括与烧石膏和水组合的发泡剂组 合物，所述发泡剂组合物包括至少一种甜菜碱。在进一步的方面中，本技术提供烧石膏组合 物，其包括与烧石膏和水组合的发泡剂组合物，所述发泡剂组合物包括至少一种甜菜碱和 选自烷基硫酸盐和烷基醚硫酸盐的至少一种表面活性剂。
[0008] 在另一方面中，本技术提供制造发泡的烧石膏组合物的方法，其包括：
[0009] 将发泡剂组合物与水以及空气混合以产生泡沫，所述发泡剂组合物包括任选地与 选自烷基硫酸盐和烷基醚硫酸盐的至少一种表面活性剂组合的至少一种甜菜碱；
[0010] 将所述泡沫引入到包括烧石膏和水并且任选地包括分散剂、缓凝剂（retarder) 和促凝剂（accelerator)的烧石膏楽:料中，以产生发泡的烧石膏楽;料。
【附图说明】
[0011] 图1为在两分钟标志处的泡沫稳定性排液（排放，排泄，drainage)试验结果的图 示说明。
[0012] 图2为对于不同共混比率的两种类型的甜菜碱，使用泡沫半衰期（半寿命， half-life)试验的泡沫体积的图示说明。
[0013] 图3为对于甜菜碱和支化的烷基硫酸盐的共混物，使用泡沫半衰期试验的泡沫体 积的图不说明。
[0014] 图4为对于甜菜碱和烷基醚硫酸盐的共混物，使用泡沫半衰期试验的泡沫体积的 图示说明。
[0015] 图5为对于不同共混比率的甜菜碱和烷基硫酸盐，使用泡沫半衰期试验的泡沫体 积的图不说明。
[0016] 图6为对于不同共混比率的两种类型的甜菜碱，使用泡沫半衰期试验的以秒计的 泡沫半衰期的图示说明。
[0017] 图7为对于甜菜碱和支化的烷基硫酸盐的共混物，使用泡沫半衰期试验的以秒计 的泡沫半衰期的图示说明。
[0018] 图8为对于甜菜碱和烷基醚硫酸盐的共混物，使用泡沫半衰期试验的以秒计的泡 沫半衰期的图示说明。
[0019] 图9为对于不同共混比率的甜菜碱和烷基硫酸盐，使用泡沫半衰期试验的以秒计 的泡沫半衰期的图示说明。
[0020] 图10为对于甜菜碱和支化的烷基硫酸盐的共混物，实施例5坍落物（坍落，滑塌 物，slump)分散性结果的图示说明。
[0021] 图11为对于甜菜碱和烷基醚硫酸盐的共混物，实施例5坍落物分散性结果的图示 说明。
[0022] 图12为对于不同共混比率的甜菜碱和烷基硫酸盐，实施例5坍落物分散性结果的 图示说明。
[0023]图13为对于甜菜碱和支化的烷基硫酸盐共混物的坍落物的芯分析（包括对于单 独组分坍落物的芯分析）的气泡直径百分数频率分布的图示说明。
[0024] 图14为对于甜菜碱和烷基硫酸盐共混物的坍落物的芯分析（包括对于单独组分 坍落物的芯分析）的气泡直径百分数频率分布的图示说明。
[0025] 图15为对于甜菜碱和烷基醚硫酸盐共混物的坍落物的芯分析（包括对于单独组 分坍落物的芯分析）的气泡直径百分数频率分布的图示说明。
【具体实施方式】
[0026] 本技术提供在石膏板的制造中作为发泡剂组合物使用的新型表面活性剂或者表 面活性剂共混物。所述表面活性剂或表面活性剂共混物可用于产生可与各种各样的石膏板 组合物和制造工艺一道使用的泡沫。所述表面活性剂为至少一种甜菜碱，其可单独地或者 作为甜菜碱的混合物使用。所述至少一种甜菜碱也可与至少一种另外的表面活性剂组合使 用以形成表面活性剂共混物。在一种实施方式中，所述表面活性剂共混物包括至少一种甜 菜碱和选自烷基硫酸盐和烷基醚硫酸盐的至少一种表面活性剂。还考虑与至少一种甜菜碱 组合的烷基硫酸盐和烷基醚硫酸盐的共混物。进一步考虑的是，所述发泡剂组合物可包括 与商业发泡剂组合的至少一种甜菜碱。
[0027] 所述甜菜碱表面活性剂可由下式表示：
[0028] COO- I
[0029] 或者
[0030]
[0031] 其中札为C6_C4。烷基，各R2基团典型地为C「C3烷基、优选甲基，R'为C「C5烷基、 羟基烷基、烷氧基化的烷基、或其组合，和私为C6 -C22烷基。所述甜采喊可为纯的化合物， 或者替代地，可为不同甜菜碱的混合物，例如包括式I的甜菜碱和式II的甜菜碱的混合物。 所述甜菜碱也可为具有不同烷基链长（例如c6-cs分布、Cfj-Q。分布、C6-C12分布、Cf^-Ci。分 布、cs-c12分布、cs-c14分布、cs-c16分布、c1()-c12分布、c1()-c14分布、c1()-c16分布、c1()-cls分布、 Ci2_C14分布、c12-c16分布、c12-cls分布、c14-c16分布、c14-cls分布、c14-c2。分布、c14-c22分布、 c16-cls分布、c16-c2。分布、或者c16-c22分布）的甜菜碱的混合物或共混物。合适的甜菜碱的 实例包括椰油酰氨基丙基甜菜碱、月桂酰氨基丙基甜菜碱、和辛酰/癸酰氨基丙基甜菜碱。 在一种实施方式中，所述甜菜碱为椰油酰氨基丙基甜菜碱，其可从Stepan Company以商品 名AMPHOSOL?CG-50商购得到并且由下式表示：
[0032]
[0033] 其中R3衍生自椰子油。在另一实施方式中，所述甜菜碱为辛酸/癸酸酰氨基丙基 甜菜碱，其可从St印an Company以商品名AMPHOSOL?810-B商购得到并且由下式表 示：
[0034]
[0035] 其中R3衍生自辛酸/癸酸甲酯。
[0036] 所述烷基硫酸盐表面活性剂可由通式1表示：
[0037] Rx0S03 M+
[0038] 其中R表示具有平均x个碳原子的直链或支链烃，和M+表示能够产生水溶性表面 活性剂的阳离子。产生水溶性表面活性剂的阳离子的典型实例包括钠、钾、镁、铵、和其有机 衍生物例如单乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。在一些优选的实施方式中，所述阳离子为钠 或铵。X对于纯的化合物为整数和对于具有不同的X值的化合物的混合物为非整数（平均 值）。通常，X将在6和16之间。在一种实施方式中，所述烷基硫酸盐为十二烷基硫酸钠， 其可从St印anCompany以商品名POLYSTEP?B-25商购得到。在另一实施方式中，所 述烷基硫酸盐为2-乙基-己基硫酸钠，其可从St印anCompany以商品名STEPAN0L? EHS商购得到。所述烷基硫酸盐也可为具有不同烷基链长的烷基硫酸盐的共混物。典型地， 所述烷基硫酸盐是通过将相应的醇硫酸化而获得的。
[0039] 所述烷基醚硫酸盐表面活性剂可由下式表示：
[0040] Rx (0CH2CH2) y0S03 M+
[0041] 其中R表示具有平均x个碳原子的直链或支链烃，y表示相对于每摩尔R而言亚 乙基氧的平均摩尔数，和M+表示能够产生水溶性表面活性剂的阳离子。产生水溶性表面活 性剂的阳离子的典型实例包括钠、钾、镁、铵、和其有机衍生物例如单乙醇胺、二乙醇胺或三 乙醇胺。在一些优选的实施方式中，所述阳离子为钠或铵。X和y两者对于纯的化合物为 整数并且对于具有不同的X和y值的化合物的混合物为非整数（平均值）。通常，X将在6 和16之间，并且y将在0. 01和12之间。
[0042] 作为单一发泡剂的甜菜碱的量可在0. 01%和100%重量之间。当所述甜菜碱以与 烷基