具有抗真菌特性的建筑材料的制作方法
【专利说明】具有抗真菌特性的建筑材料
[0001] 相关申请
[0002] 本申请基于且要求于2013年6月20日提交的美国临时专利申请序号61/837, 532 的优先权，通过援引将其并入本文。
【背景技术】
[0003] 构建墙壁和屏障的最常见方式之一包括使用无机壁板板料或片材比如石膏墙板， 常常简单称为〃墙板〃或〃干墙（drywall)"。墙板能够构造为用于内部、外部和湿法应用。 与常规湿硬膏剂方法相反，墙板的使用常常是希望的，原因是墙板的安装成本通常比安装 常规硬膏剂壁更低。
[0004] -般地，墙板常规地通过将煅烧石膏和其它材料的含水浆料核心封闭于两大片板 覆盖纸之间来制造。各种类型的覆盖纸是本领域已知的，正如其它类型的镶面材料。在石 膏浆料硬化（也即与含水浆料的水反应）和干燥之后，将片材切割为标准的尺寸。
[0005] 许多建材产品比如墙板良好地适用于吸收水分。例如，水分能够被镶面材料吸收 并且还能够被墙板的核心材料吸收。水分能够被这些材料吸收，特别是在高湿度环境比如 在浴室和地下室中如此。由于偶然的溢出或由于管道中的泄漏或建筑外饰中的泄漏，这些 建材产品还能够变潮湿。不幸地，即使是少量水分也能够刺激许多霉菌有机体的生长。某 些霉菌有机体是形成孢子的真菌有机体，在它们成熟时喷出能够有害影响室内空气品质的 变应原物质。因而，在霉菌侵染发生在建筑或家居当中的情况下，其所有者一般不得不拆除 壁体并用新材料替换。
[0006] 过去已开发了各种不同抗霉菌剂，并且用于建材产品比如墙板当中。例如，在过去 巯氧吡啶已用来预防墙板上或中的霉菌生长。例如，抗霉菌墙板公开于U.S.专利公开号 2006/0171976, U.S.专利公开号2007/0082170和U.S.专利号6, 893, 752中，通过援引将 其全部并入本文。
[0007] 尽管在本领域中巯氧吡啶的使用已给生产抗霉菌生长的墙板带来很大进展，仍然 需要进一步改善。例如，巯氧吡啶并非在预防形成孢子的真菌有机体是完全有效的和/或 巯氧吡啶可以倾向于随时间降低活性。因而，本公开涉及在生产抗霉菌建材产品比如墙板 中的进一步改善。 发明概要
[0008] 本公开一般涉及用于建材产品的霉菌抑制性组合物，其含有巯氧吡啶和与之组合 的一种或多种增效剂。根据本公开，某些种类能够充当巯氧吡啶在建材产品比如墙板中的 增效剂，使得巯氧吡啶不仅更有效而且还能够延长巯氧吡啶的效力。
[0009] 在一种实施方式中，本公开涉及建材产品。建材产品包括核心，其包含石膏。核心 包括第一面和第二面和相反的面。至少一个表面层（facing layer)附着至核心的第一面、 第二面或第一面和第二面。表面层可以包含纸浆纤维基底，比如纸基底。按照本公开，建材 产品还包括霉菌抑制组合物。霉菌抑制组合物包含于至少一个表面层中，于核心中，或于核 心和表面层两者当中。霉菌抑制组合物包括抗微生物剂，其包含巯氧吡啶。霉菌抑制组合 物还包含增效剂。增效剂改善抗微生物剂的有效性。
[0010] 增效剂可以包含任何适宜的化合物，其能够增加巯氧吡啶的效力。增效剂例如可 以包含金属螯合剂、长链脂族胺、胺氧化物表面活性剂，或其混合物。在一种实施方式中，增 效剂包含环庚三烯酚酮或环庚三烯酚酮复合物，比如锌环庚三烯酚酮复合物。在备择实施 方式中，增效剂可以包含铜盐比如铜胺盐。铜盐例如可以包含乙醇胺铜。
[0011] 在又一实施方式中，增效剂可以包含油胺或十二烷基胺。在又一实施方式中，增效 剂可以包含脱氢乙酸（dehydroacetic acid)的金属盐螯合物。例如，增效剂可以包含脱氢 乙酸的锌盐。
[0012] 建材产品中存在的巯氧吡啶可以包含金属巯氧吡啶比如吡硫翁锌、吡巯翁钠或其 混合物。
[0013] 巯氧吡啶可以呈颗粒、特别是小颗粒形式。例如，100%的颗粒可以具有小于5微 米的颗粒尺寸，而至少50%比如至少70%的颗粒具有小于1微米的颗粒尺寸。
[0014] 在备择实施方式中，可以使用液体巯氧吡啶。
[0015] 疏氧吡啶可以以约50ppm至约10, OOOppm，比如约IOOppm至约5, OOOppm，比如约 500ppm至约3, 500ppm的浓度存在于建材产品的一种组分中。增效剂与疏氧吡啶的摩尔比 可以是约0. 5:1至约10:1，比如约1:1至约5:1，比如约2:1至约3:1。
[0016] 按照本公开处理的建材产品比如墙板能够具有优异的抗霉菌特性。例如，在根据 ASTM试验D3273测试，按照本公开处理的墙板能够具有大于7、比如大于8、比如大于9的等 级评定，并且能够甚至具有10的等级评定。
[0017] 下文更详细地讨论本公开的其它特征和方面。
[0018] 发明详述
[0019] 本领域普通技术人员理解的是，本文讨论的仅是示范性实施方式的描述，而并不 期望限制本公开的更宽方面。
[0020] 目前，建筑材料比如墙板用巯氧吡啶复合物处理。巯氧吡啶复合物可以包含于核 心中以及由纸制成的表面层中。尽管巯氧吡啶具有优异的抗霉菌特性，但是在某些实施方 式中，单独的巯氧吡啶并不能够符合目前用于评价抗真菌剂墙板的ASTM指南、特别是ASTM 试验D3273。在这方面，本公开涉及用于建材产品的霉菌抑制性组合物，其比许多过去的配 制剂更有效。按照本公开，霉菌抑制组合物包含巯氧吡啶和与之组合的至少一种增效剂，由 此使得巯氧吡啶更有效和/或具有延长的效力。增效剂可以包含胺，金属螯合剂比如铁螯 合剂或铜螯合剂，铜盐，表面活性剂，天然提取物等。
[0021] 巯氧吡啶比如巯氧吡啶复合物是良好的抗微生物剂。然而，微生物能够随时间对 巯氧吡啶解毒。本公开涉及在巯氧吡啶中包括增效剂以便使得解毒最小化。例如，金属比 如铁能够是许多微生物比如霉菌的必需营养素。在一种实施方式中，增效剂包含能够在环 境中存在的任意微生物周围和内部螯合铁的化合物。采用金属螯合剂比如铁螯合剂能够使 得有机体比如霉菌更虚弱从而更容易被巯氧吡啶攻击。
[0022] 在备择实施方式中，膜渗透剂可以与巯氧吡啶组合用于减弱微生物，以增强抗微 生物剂的活性。一种实施方式，膜渗透剂例如是长链胺比如长链脂族胺。
[0023] 按照本公开制备的霉菌抑制性组合物可以掺入任何适宜建筑产品比如墙板。在施 用至石膏或覆盖石膏的表面层的情况下，抗微生物剂和增效剂的组合能够以延长的时间段 抑制霉菌有机体生长。特别有优势的是，在根据ASTM试验D3270测试时，本公开的霉菌抑 制组合物能够展示获得得分大于7、比如大于8、比如大于9、比如甚至得分为10的效力，其 中未观察到可视的霉菌生长，即使墙板产品置于潮湿环境也是如此。
[0024] 如上文描述，墙板常规地通过将煅烧石膏和其它组分的含水浆料核心封闭在一个 或多个表面层之间来制备。表面层可以包含不同的物质。在一种实施方式中，表面层含有 纸浆纤维。在这方面，表面层可以包含纸比如纸板。在备择实施方式中，表面层可以包含淀 粉或淀粉层。在又一实施方式中，淀粉可以用来将含纸浆的表面层附着至核心物质。
[0025] 用来制备墙板核心的浆料包含单独或与各种其它物质组合的煅烧石膏。在一种实 施方式中，例如，核心可以还包括填料物质，粘合剂等。
[0026] 石膏一般天然地得自石膏岩。将石膏岩磨碎至希望的细度，然后进行煅烧。通过 加热石膏岩进行煅烧以便除去水分和产生硫酸钙半水合物。硫酸钙半水合物，在与水混合 的情况下，将硬化并形成核心物质。
[0027] 在生产墙板的情况下，煅烧石膏和其它组分的含水浆料能够连续沉积在两个表面 层之间。浆料能够含有任何煅烧石膏，包括硫酸钙半水合物，硫酸钙硬石膏（anhydrite)或 两者。硫酸钙半水合物能够产生至少两种晶型，α和β形式。可以使用β或α硫酸钙 半水合物。
[0028] 在某些实施方式中，添加剂被包括在石膏浆料中，以修饰最终产品的一种或多种 特性。所述添加剂能够包括淀粉，消泡剂，表面活性剂，分散剂等。所述添加剂能够包括萘 磺酸盐/酯和蜡乳液。还可以存在硬化促进剂，其包括将硫酸钙二水合物与糖共同研磨并 加热至250° F(121°C )使糖焦糖化。
[0029] 在某些实施方式中，三偏磷酸盐化合物能够加至石膏浆料以增强产品的强度并减 少硬化石膏的疲软。优选，三偏磷酸盐化合物的浓度是约〇. 1%至约2. 0%，按煅烧石膏的 重量计。示范性三偏磷酸盐包括三偏磷酸盐的钠、钾或锂盐。
[0030] 此外，石膏组合物任选地能够包括淀粉比如预胶化淀粉或酸改性的淀粉。预胶化 淀粉的包含增加硬化且干燥的石膏铸件的强度和在增加水分（例如是指升高的水：煅烧石 膏比率）的条件下最小化或避免纸脱层的风险。预胶化淀粉能够加至混合物用来形成硬化 石膏组合物，从而其以硬化石膏组合物的约〇. 5 %至约10 %重量百分比的量存在。
[0031] 石膏板料的厚度一般为大于1/8英寸。石膏板料的厚度能够是约3/8英寸（9. 5mm) 至约2英寸（51mm)，约3/4英寸（19mm)至约11/4英寸（32mm)或约1/2英寸（13mm)至约 1 英寸（25mm)。
[0032] 按照本公开，霉菌抑制性组合物可以施用至含水浆料以产生墙板核心，其可以施 用至表面层之一、可以施用至两个表面层或可以施用至表面层和核心两者。按照本公开，霉 菌抑制组合物一般地包含巯氧吡啶和与之组合的一种或多种增效剂。如本文所用，巯氧吡 啶包括疏氧啦啶盐，和特别是疏氧啦啶的多价金属盐。例如，疏氧啦啶盐能够形成自多价金 属比如镁，钡，铋，锶，铜，锌，镉，锆及其混合物。
[0033] 巯氧吡啶已知为数种名称，包括2巯基吡啶-N-氧化物；2-吡啶硫醇-1-氧化物 (CAS登录号1121-31-9) ;1_羟基吡啶-2-硫酮和1羟基-2(1H)-吡啶硫酮（CAS登录号 1121-30-8)。钠衍生物（C5H 4NOSNa)称为吡巯翁钠（CAS登录号3811-73-2)。巯氧吡啶盐 可商购自 Arch Chemicals，Inc.，比如钠 OMADINE 或锌 OMADINE。
[0034] 巯氧吡啶可以以不同形式加至建材产品。在一种实施方式中，例如巯氧吡啶可以 包含含水分散液，比如含有吡硫翁锌的含水分散液。巯氧吡啶可以作为颗粒和特别小的颗 粒包含于含水分散液中。例如，颗粒能够具有这样的颗粒尺寸，其中100%的颗粒具有小于 约5微米的颗粒尺寸和至少约50%的颗粒比如至少