在石膏墙板中高的羟乙基化淀粉水平和高的分散剂水平的制作方法
【专利摘要】本发明涉及在石膏墙板中高的羟乙基化淀粉水平和高的分散剂水平。本发明总体上提供了包括灰泥、一种羟乙基化的淀粉、萘磺酸盐分散剂、以及三偏磷酸钠的含石膏的浆料。该萘磺酸盐分散剂是以基于干灰泥的重量按重量计约0.1%–3.0%的量存在。该羟乙基化的淀粉是以基于该配方中的干灰泥的重量从按重量计约0.5%到按重量计约10%的量存在。该三偏磷酸钠是以基于干灰泥的重量按重量计约0.1%–0.4%的量存在。其他浆添加剂可以包括促进剂类、粘合剂类、纸纤维、玻璃纤维、以及其他已知的成分。本发明还包括用这些浆料制造的含石膏产品例如轻质石膏墙板，以及制造轻质石膏墙板的一种方法。
【专利说明】在石霄墙板中局的轻乙基化;疋粉水平和局的分散剂水平
[0001]本申请是申请日为2008年10月15日，申请号为200880110144.5，发明名称为“在石膏墙板中高的羟乙基化淀粉水平和高的分散剂水平”的发明专利申请的分案申请。
[0002]本申请是2006年11月2日提交的美国专利申请号11/592,481的部分继续申请，本申请也是2006年6月7日提交的美国专利申请号11/449，177的部分继续申请，并且本申请也是2006年6月2日提交的美国专利申请号11/445,906的部分继续申请，各项申请都要求2005年6月9日提交的美国临时申请号60/688，839的权益。上述各项专利申请的全部内容均通过弓I用结合在此。
【技术领域】
[0003]本发明涉及制造包含一种羟乙基化的淀粉、一种萘磺酸盐分散剂、以及三偏磷酸钠的石膏浆的一种方法，以及由其制造的产品。它还涉及在用于制造这些产品的浆料中通过使用与一种羟乙基化的淀粉和三偏磷酸钠结合的一种萘磺酸盐分散剂而提高含石膏产品(包括墙板)的干强度的一种方法。
【背景技术】
[0004]石膏(二水合硫酸钙)的某些特性使它在制造工业和建筑产品(如石膏墙板)的应用中很受欢迎。石膏是一种充裕的并且总体上廉价的原料，通过脱水和再水合的方法，可以将其铸造、模塑或以其他方式形成有用的形状。制造石膏墙板和其他石膏产品所来源的基体材料是硫酸钙的半水合物形式(CaSO4.1/2H20)，通常称作“灰泥”，它是通过硫酸钙的二水合物形式(CaSO4.2H20)的加热转化(从中去除了 1-1/2水分子)而生成的。
[0005]常规的含石膏产品(如石膏墙板)具有许多优点，例如低成本和易于加工性，然而当这些产品被切割或钻孔时会产生大量的石膏粉尘。使用淀粉作为在用于制造这些产品的浆料中的成分已经在制造这些含石膏产品中实现了不同的改进。预胶凝淀粉，像胶水一样，可以提高包括石膏墙板的含石膏产品的挠曲强度和抗压强度。己知的石膏墙板包含小于约101bs/MSF水平的淀粉。
[0006]为了保证该浆料有适当的可流动性，在含预胶凝淀粉的石膏浆料中还有必要使用大量的水。不幸的是，该水的大部分最终必须通过干燥除去，而这是昂贵的，因为在该干燥过程中使用高成本的燃料。这一干燥步骤也是费时的。已经发现使用萘磺酸盐分散剂能提高这些浆料的流动性，由此克服该需水问题。此外，还已经发现如果使用水平足够高，这些萘磺酸盐分散剂能交联到该预胶凝淀粉上，以便在干燥后将石膏晶体粘合到一起，由此提高该石膏复合物的干强度。因此，该预胶凝淀粉和该萘磺酸盐分散剂的组合在将凝固石膏晶体粘合到一起上提供了类似胶水的作用。在过去，没有认识到三偏磷酸盐影响石膏浆料的水需求。然而，诸位发明人已经发现，在一种特定分散剂的存在下将该三偏磷酸盐的水平增加到迄今未知的水平上使之有可能用出人意料地减少的水实现浆料的适当的可流动性量，甚至是在高淀粉水平的存在下。这当然是所非常希望的，因为它进而减少了用于干燥的燃料使用连同与随后的除水处理步骤相关的加工时间。因此，诸位发明人还已经发现，石膏板的干强度可以通过在用于制造该墙板的浆料中使用与预胶凝淀粉结合的一种萘磺酸盐分散剂而提闻。
[0007]本发明的石膏墙板应区别于不具有面层薄板的吸声板或砖。并且，本发明的墙板应区别于包括聚苯乙烯作为一种轻质骨料的吸声板或砖。重要的是，上述吸声板或砖不符合适用于石膏墙板的多项ASTM标准。例如，已知的吸声板不具有石膏墙板(包括本发明的那些)所要求的挠曲强度。相反，为了使吸声板或砖符合ASTM标准，这些吸声板或砖的暴露表面需要具有中空的空隙或凹陷，这些空隙或凹陷在石膏墙板中是不希望的，并且会对拔钉阻力特性产生不利影响。
[0008]粉尘产生是在所有墙板安装的过程中的一个潜在问题。例如，当石膏墙板通过切害I]、锯割、开槽、折断、钉或螺钉固定、或钻孔进行加工时，会产生大量的石膏粉尘。为了本披露的目的，“起尘”和“粉尘产生”是指在一种含石膏产品的加工过程中，例如通过切割、锯割、开槽、划刻/折断、钉或螺钉固定、或钻孔该墙板，气载尘埃释放进入周围的工作空间中。加工总体上还可以包括正常的板处理，包括在运输、搬运、和安装过程中出乎意料地刮削或磕碰这些板时产生的粉尘。如果可以找到一种方法来生产低密度墙板，其中显著降低这种粉尘产生，将是对本领域的一项特别有用的贡献。
[0009]预胶凝淀粉可以提供有用的含石膏的浆料。与常规的、酸改性的淀粉比较，预胶凝淀粉的一个缺点是需水量更高。因此，要求更高的水-灰泥之比以便用预胶凝淀粉制造一种具有适合墙板形成的流动性的一种浆料。而且，如果可以找到增加在一种包含一种替代的淀粉、一种萘磺酸盐分散剂、以及三偏磷酸钠的特别的含石膏的浆料中的流动性、同时保持足够的强度或者提高在一种成品石膏墙板中的强度的方法，将是对本领域的一种有用的
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【发明内容】
[0010]本发明总体上包括一种包括灰泥、一种羟乙基化的淀粉、萘磺酸盐分散剂、以及三偏磷酸钠的浆料。该萘磺酸盐分散剂以基于干灰泥的重量按重量计约0.1% - 3.0%的量存在。该羟乙基化的淀粉以基于该配方中的干灰泥重量的从按重量计约0.5%到按重量计约10%的量存在。该三偏磷酸钠以基于干灰泥的重量按重量计约0.1% - 0.4%的量存在。其他浆料添加剂可以包括促进剂类、粘合剂类、纸或玻璃纤维类以及其他已知的组分。本发明还包括用这些浆料制造的含石膏产品。
[0011]一种优选的含石膏产品是石膏墙板。在本实施方案中，本发明构成石膏墙板，该石膏墙板包括在两个基本上平行的覆盖薄板之间形成的一个凝固石膏组合物，该凝固石膏组合物是使用水、灰泥、一种羟乙基化的淀粉、一种萘磺酸盐分散剂、以及三偏磷酸钠的含石膏的浆料制造的。根据本发明制造的石膏墙板具有出乎意料的高强度，然而重量比常规板低得多。
[0012]在另一个实施方案中，本发明构成一种通过混合含石膏的浆料来制造石膏墙板的方法，该浆料包括水、灰泥、一种羟乙基化的淀粉、萘磺酸盐分散剂、以及三偏磷酸钠，其中该羟乙基化的淀粉以基于灰泥的重量至少按重量计约0.5%高达按重量计约10%的量存在。将该合成的含石膏的浆料沉积在一个第一纸覆盖薄板上，并且将一个第二纸覆盖薄板放置在该沉积的浆料上以形成一种石膏墙板。在该含石膏的浆料已经硬化至足够切割之后，切割该石膏墙板，并且干燥该合成的石膏墙板。其他常规的成分也将用于该浆料中，包括适当时，促进剂类、粘合剂类、纸纤维、玻璃纤维、以及其他已知的成分。通常加入一种肥皂泡以减少该石膏墙板产品的密度。
[0013]本发明总体上包括一种低尘石膏墙板，该低尘石膏墙板包括在两个基本上平行的覆盖薄板之间形成的一个凝固石膏芯，该凝固石膏芯具有的总空隙体积为从约75%到约95%，该凝固石膏芯由一种含石膏的浆料制成，该含石膏的浆料包括水、灰泥、预胶凝淀粉、以及一种萘磺酸盐分散剂，其中该预胶凝淀粉以基于灰泥的重量从按重量计约0.5%到按重量计约10%的量存在。优选地，该萘磺酸盐分散剂以基于干灰泥的重量按重量计约0.1% - 3.0%的量存在。任选地，三偏磷酸钠以基于灰泥的重量按重量计至少约0.12%的量存在。在一个优选的实施方案中，该三偏磷酸钠以基于干灰泥的重量按重量计约0.12% -0.4%的量存在。
[0014]在一个优选的实施方案中，本发明包括低尘石膏墙板，该低尘石膏墙板在两个基本上平行的覆盖薄板之间形成的、包括预胶凝淀粉以及一种萘磺酸盐分散剂的一个凝固石膏芯，该凝固石膏芯具有的总空隙体积为从约80%到约92%，其中至少60%的总空隙体积包括平均直径小于约100微米的空气空隙，并且该凝固石膏芯具有的密度为从约IOpcf到约30pcf。术语“pcf”被定义为磅每立方英尺(lb/ft3)。该凝固石膏芯是由一种含石膏的浆料制成，该含石膏的浆料包括灰泥、预胶凝淀粉、以及一种萘磺酸盐分散剂，其中该预胶凝淀粉以基于灰泥的重量从按重量计约0.5%到按重量计约10%的量存在。优选地，该萘磺酸盐分散剂以基于干灰泥的重量按重量计约0.1% - 3.0%的量存在。
[0015]根据本发明制造的石膏墙板具有高强度，但重量比常规墙板低得多。此外，已经发现通过确保在该凝固石膏芯中的总芯空隙体积为从约75%到约95%、并且优选从约80%到约92%，在切割、锯割、开槽、折断、钉或螺钉固定、或钻孔根据本实施方案制造的墙板时会产生更少的粉尘。
[0016]在又另一个实施方案中，本发明构成通过混合一种含石膏的浆料来制造高强度、低尘石膏墙板的一种方法，该浆料包括:水、灰泥、预胶凝淀粉、以及一种萘磺酸盐分散剂，其中该萘磺酸盐分散剂以基于干灰泥的重量按重量计约0.1% - 3.0%的量存在，其中该预胶凝淀粉以基于灰泥的重量按重量计至少约0.5%高达按重量计约10%的量存在，并且将足够的肥皂泡加入该含石膏的浆料中以形成一个总空隙体积(包括空气空隙，在一种成品墙板中为从约75%到约95%)。将该合成的含石膏的浆料沉积在一个第一纸覆盖薄板或者其他适当的覆盖薄板上，并且将一个第二纸覆盖薄板或者其他适当的覆盖薄板放置在该沉积的浆料上以形成一种石膏墙板。在该含石膏的浆料已经硬化至足以切割之后，切割该石膏墙板，并且干燥该合成的石膏墙板，以提供在该成品墙板中总空隙体积(包括空气空隙)为从约75%到约95%的一个凝固石膏芯。该含石膏的浆料可任选地包含一种三偏磷酸盐，例如三偏磷酸钠。其他常规的成分也将用于该浆料中，包括适当时，促进剂类、粘合剂类、防水剂类、纸纤维、玻璃纤维、粘土、生物杀虫剂、和其他已知的成分。
[0017]在又另一个实施方案中，本发明构成使用低尘石膏墙板的一种方法，该方法为:通过提供具有一个凝固石膏芯的一种低尘石膏墙板，该凝固石膏芯的总空隙体积为从约75%到约95%，其中至少60%的总空隙体积包括平均直径小于约100微米的空气空隙并且包括平均直径小于约5微米的水空隙；以生产石膏粉尘的方式(例如切割、锯割、开槽、划刻/折断、钉或螺钉固定、或钻孔)加工该墙板；并且在这些空隙中捕获实质性部分的石膏粉尘。
[0018]实施本发明的最佳方式
[0019]现在已经出乎意料地发现，羟乙基化的淀粉具有更低的需水量同时增加在一种含石膏的浆料中的流动性。而且，由包括水、灰泥、一种羟乙基化的淀粉、萘磺酸盐分散剂、以及三偏磷酸钠的含石膏的浆料制备的成品石膏墙板显示出改进的强度特性、特别是拔钉性倉泛。
[0020]羟乙基化的淀粉，有时被称为“乙基化的淀粉”，必须用于根据本发明制备的含石膏的楽料中。一种优选的轻乙基化的淀粉是S_Size30G,可从PacMoore Products,Hammond,Indiana获得的一种改性的玉米淀粉,具有下列典型分析:水分10至13%, pH5.0至7.5,粒径95%通过100筛目，比重1.50，分子量:大于约10，000，堆密度35?。€。参见实例11。
[0021]羟乙基化的淀粉应以基于在该含石膏的浆料中使用的干灰泥重量的按重量计至少约0.5%高达按重量计10%的量使用。在一个优选的实施方案中，羟乙基化的淀粉以基于干灰泥的重量按重量计约3%的量使用。
[0022]预胶凝淀粉可以用于根据本发明制备的含石膏的浆料中。一种优选的预胶凝淀粉是预胶凝玉米淀粉，例如可从Bunge Milling (密苏里州，圣路易斯)公司获得的预胶凝玉米淀粉，具有如下典型分析:水分7.5%，蛋白质8.0%，油0.5%，粗纤维0.5%，灰0.3% ;具有
0.48psi的生坯强度；并且具有35.01b/ft3的松密度。预胶凝玉米淀粉应以基于在该含石膏的浆料中使用的干灰泥的重量按重量计至少约0.5%高达按重量计10%的量使用。
[0023]在含石膏的浆料中的增加的流动性与较低的粘度有关。已经发现，与用其他淀粉制造的浆料相比，在根据本发明制造的一种含石膏的浆料中使用的一种羟乙基化的淀粉、萘磺酸盐分散剂、以及三偏磷酸钠的一种特别的组合提供了更低的粘度以及更好的成膜特性。例如，在包括预胶凝淀粉的水性样品中，粘度相对效高，同时在蒸煮时产生了具有良好强度的薄膜。在包括羟乙基化的淀粉以及一种分散剂的水性样品中，粘度降低，同时产生了一种过于柔性的薄膜。在包括羟乙基化的淀粉、一种分散剂、以及三偏磷酸钠的水性样品中，粘度降低，同时产生了一种强的、而且有弹性的薄膜。参见实例12。
[0024]无意受理论所束缚，在用于生产一种石膏墙板的一种含石膏的浆料中使用的一种羟乙基化的淀粉、萘磺酸盐分散剂、以及三偏磷酸钠的特别的组合提供了出乎意料地增强了的交联以提供一种更柔性的、而且强的并且有弹性的薄膜，该薄膜产生了比预测到的其他方式好得多的拔钉特性以及其他强度特性。
[0025]根据本发明的一个实施方案，提供了由包含灰泥、一种羟乙基化的淀粉、萘磺酸盐分散剂、以及三偏磷酸钠的含石膏的浆料制成的成品含石膏产品。该萘磺酸盐分散剂以基于干灰泥的重量按重量计约0.1% - 3.0%的量存在。该羟乙基化的淀粉以基于该配方中的干灰泥的重量从按重量计约0.5%到按重量计约10%的量存在。该三偏磷酸钠以基于干灰泥的重量按重量计约0.1% - 0.4%的量存在。在该浆料中可以使用的其他成分包括粘合剂、纸纤维、玻璃纤维、和促进剂。通常将一种肥皂泡加入这些新配制的含石膏的浆料中以减少该成品含石膏产品例如石膏墙板的密度。
[0026]诸位发明人进一步发现，在按重量计约0.1%到按重量计约3.0%的的萘磺酸盐分散剂的存在下，通过使用至少按重量计约0.5%高达按重量计约10%的预胶凝淀粉(优选预胶凝玉米淀粉)可获得干强度(特备是在墙板中)的出乎意料的提高(淀粉和萘磺酸盐的水平都是基于在该配方中存在的干灰泥的重量)。不管水溶性偏磷酸盐或多磷酸盐是否存在，都可获得这一出乎意料的结果。
[0027]此外，出乎意料地发现，预胶凝淀粉可以至少约101b/MSF或更高的水平用于根据本发明制造的干石膏墙板中，而还能实现高强度和低重量。在该石膏墙板中的预胶凝淀粉高达35-451b/MSF的水平已经被证明是有效的。例如，如下表I和表2所示的配方B包括451b/MSF，而还产生了具有优异强度的10421b/MSF的板重量。在该实例(配方B)中，一种作为按重量计45%的萘磺酸盐分散剂的水溶液是以按重量计1.28%的水平使用的。
[0028]当该萘磺酸盐分散剂三偏磷酸盐组合与预胶凝玉米淀粉、并任选地与纸纤维或玻璃纤维相结合时，用本发明实现了更加出乎意料的结果。由包含这三种成分的配方制成的石膏墙板具有增加的强度和减少的重量，并且由于在它们的制造中减少了水需求而更加经济可行。纸纤维的有用浓度可以是基于干灰泥的重量高达按重量计约2%。玻璃纤维的有用的水平可以是基于干灰泥的重量高达按重量计约2%。
[0029]还已经出乎意料地发现，当该凝固石膏芯的总空隙体积为从约80%到约92%时，使用包括灰泥、预胶凝淀粉、以及一种萘磺酸盐分散剂、以及适当量的肥皂泡的一种含石膏的浆料制造的石膏墙板不仅提供了大约10至30pcf的非常低的板芯密度(并且因而低的板重量)，而且提供了在正常板处理时以及在加工例如像切割、锯割、开槽、划刻/折断、钉或螺钉固定、或钻孔时的低的起尘。这种墙板因此比其他已知的产品更易于切割。该肥皂泡的引入产生了小的空气(泡)空隙，其直径平均可小于约100微米，但总体上直径大于约10微米，并且优选直径大于约20微米。本发明要求这些小气泡，与蒸发的水的空隙(总体上直径约5微米或更小，通常直径小于约2微米)一起，总体上遍及在这些成品墙板产品中的凝固石膏芯而均匀地分布。例如，该凝固石膏芯具有的总空隙体积可以为从约80%到约92%，其中至少60%的总空隙体积包括平均直径大于约10微米的空气空隙，并且至少10%的总空隙体积包括平均直径为小于约5微米的水空隙。人们相信以这种方式制备的低密度板芯(该凝固石膏芯的总空隙体积的从约80%到约92%作为空气空隙和水空隙(总芯空隙体积))，当切害I]、锯割、开槽、折断、钉或螺钉固定、或钻孔这些板时，在暴露的空隙中捕获了大量的小粉尘和其他碎片，这样粉尘产生显著减少并且不会浮游在空气中。
[0030]半水合硫酸钙(灰泥)的再水合以及随之发生的硬化需要特定的、理论量的水(1-1/2摩尔水/摩尔灰泥)以形成二水合硫酸钙晶体。然而，该商业方法普遍需要过量的水。这种过量的处理水在该石膏晶体基质中产生蒸发水空隙，总体上这些蒸发水空隙的形状相当不规则，并且还与其他水空隙互连，在凝固石膏晶体之间以总体上连续的网状形成不规则通道。相反，空气(泡)空隙用肥皂泡被引入该石膏浆料中。空气空隙的形状总体上是球形/圆形的，并且还是总体上与其他空气空隙分开的，并且因此总体上是不连续的。这些水空隙可以分布在这些空气空隙的壁内(见例如图8-10)。
[0031]粉尘捕获的效力取决于该凝固石膏芯的构成。已经发现如果使用水平足够高，这些萘磺酸盐分散剂能交联到该预胶凝淀粉上，以便在干燥后将石膏晶体粘合到一起，由此提高该石膏复合物的干强度。
[0032]此外，现在已经出乎意料地发现该预胶凝淀粉和该萘磺酸盐分散剂(有机相)的组合在将这些凝固石膏晶体粘合到一起上提供了类似胶水的作用，且当该配方与一个特定的空隙体积和空隙分布结合时，在划刻/折断该成品墙板时会产生较大尺寸的碎片。较大的石膏碎片总体上产生较少的游浮尘埃。相反，如果使用一种常规墙板配方，就会产生较小的碎片并因此产生更多粉尘。例如，常规墙板在锯割时会产生平均直径约20-30微米、并且最小直径约I微米的粉尘碎片。相反，本发明的石膏墙板在锯割时产生平均直径约30-50微米、并且最小直径约2微米的粉尘碎片；划刻/折断可产生甚至更大的碎片。
[0033]在较软墙板中，粉尘可以在水空隙和空气空隙两者中被捕获(如作为单晶粉尘捕获小石膏针状体)。较硬的墙板有利于在空气空隙中的粉尘捕获，因为该凝固石膏芯的较大的块或碎片是在加工这些板时产生的。在这种情况下，这些粉尘碎片对于水空隙来说过大，但是陷入空气空隙中。根据本发明的一个实施方案，通过在该凝固石膏芯内引入优选的空隙/孔尺寸分布，有可能实现提高的粉尘捕获。优选的是具有小的和大的空隙尺寸的分布，作为空气空隙和水空隙的分布。在一个实施方案中，优选的空气空隙分布可用肥阜泡制备。参见以下实例6和7。
[0034]在该凝固石膏芯内的空气空隙(大于约10微米)和水空隙(小于约5微米)的比率可以在从约1.8:1到约9:1的范围。在该凝固石膏芯内的空气空隙(大于约10微米)与水空隙(小于约5微米)的优选比率可以为从约2:1到约3:1。在一个实施方案中，在该凝固石膏芯内的空隙/孔尺寸分布作为所测得的总空隙的百分比应为约10 - 30%的空隙小于5微米并且约70 - 90%的空隙大于约10微米。换个方式说，在该凝固石膏芯内的空气空隙(大于10微米)和水空隙(小于5微米)的比率在从约2.3:1到约9:1的范围。在一个优选实施方案中，在该凝固石膏芯内的空隙/孔尺寸分布作为测得的总空隙的百分比应为约30 - 35%的空隙小于5微米以及约65 - 70%的空隙大于约10微米。换个方式说，在该凝固石膏芯内的空气空隙(大于10微米)与水空隙(小于5微米)之比为从约1.8:1到约2.3:1。
[0035]优选的是平均空气(泡)空隙尺寸的直径小于约100微米。在一个优选的实施方案中，在该凝固石膏芯内的空隙/孔尺寸分布为:大于约100微米(20%)，从约50微米到约100微米(30%)，以及小于约50微米(50%)。也就是说，优选的中值空隙/孔尺寸大小为约50微米。
[0036]这些空气空隙可以降低在发泡的低密度凝固石膏芯和覆盖薄板之间的粘合强度。因为大于按体积计一半的复合石膏板可能由于泡沫由空气空隙组成，所以该泡沫可以干扰在该发泡的低密度凝固石膏芯和这些纸覆盖薄板之间的粘合。这通过任选地在将这些覆盖薄板施加到该芯之前在该顶部覆盖薄板或者该底部覆盖薄板或者该顶部覆盖薄板和该底部覆盖薄板两者的石膏芯接触面上提供一个非发泡的(或发泡减少的)粘合高密度层来解决。这种非发泡的或可替代的发泡减少的粘合高密度层配方典型地将与该石膏浆料芯配方相同，除了或者将不加入肥皂、或者将加入实质性减少量的肥皂(泡沫)之外。任选地，为了形成这种粘合层，可以将泡沫机械地从该芯配方中除去，或者可以将一种不同的无泡沫的配方应用在该发泡的低密度凝固石膏芯/面层纸的界面上。
[0037]优选将肥皂泡引入并控制在该凝固石膏芯中的空气(泡)空隙的尺寸和分布，并且控制该凝固石膏芯的密度。肥皂的优选范围为从约0.21b/MSF到约0.71b/MSF ;肥皂的更优选的水平为约0.41b/MSF到约0.51b/MSF。
[0038]肥皂泡必须以有效地产生所希望的密度的量、并且以受控的方式加入。为了控制该过程，操作者必须监测该板成型线的源头，并保持该封袋是充满的。如果该封袋未保持充满，则会产生具有中空边缘的墙板，因为该浆料不能充满所需要的体积。该封袋体积是通过增加肥皂的使用以防止在该板的制造过程中气泡的破裂(为了更好地保留这些气泡)、或通过增加该空气泡沫率而保持充满的。因此，总体上该封袋体积是通过增加或减少肥皂的使用、或通过增加或减少空气泡沫速率来控制和调节的。控制该源头的技术包括通过加入肥皂泡以增加浆料体积，或通过减少肥皂泡的使用以减少浆料体积来调整台上的“动态浆料”。
[0039]根据本发明的一个实施方案，在此提供了由包含灰泥、预胶凝淀粉、以及一种萘磺酸盐分散剂的含石膏的浆料制成的成品含石膏产品。该萘磺酸盐分散剂是以基于干灰泥的重量按重量计约0.1% - 3.0%的量存在的。该预胶凝淀粉是以基于该配方中的干灰泥重量按重量计至少约0.5%高达按重量计10%的量存在的。在该浆料中可能使用的其他成分包括粘合剂、防水剂、纸纤维、玻璃纤维、粘土、生物杀虫剂、和促进剂。本发明需要添加一种肥皂泡到该新配制的含石膏的浆料中以降低该成品含石膏产品如石膏墙板的密度，并通过在该凝固石膏芯中以小的空气(泡)空隙和水空隙的形式引入从约75%到约95%、并且优选从约80%到约92%的总空隙体积以控制起尘。优选地，平均孔径分布将为从约I微米(水空隙)到约40-50微米(空气空隙)
[0040]任选地,从按重量计约0.5%到按重量计约10%的预胶凝淀粉、从按重量计约0.1%高达按重量计约3.0%的萘磺酸盐分散剂、以及最少的至少按重量计约0.12%高达按重量计约0.4%的三偏磷酸盐(全部基于在该石膏浆料中使用的干灰泥的重量)的组合，出乎意料且显著地增加了该石膏浆料的流动性。这相当大地降低了生产将用于制造含石膏产品(如石膏墙板)的有足够的可流动性的一种石膏浆料所需要的水量。三偏磷酸盐的水平(它至少为标准配方(像三偏磷酸钠)的约两倍)被认为可以提高该萘磺酸盐分散剂的分散活性。
[0041]萘磺酸盐分散剂必须用于根据本发明制备的含石膏的浆料中。在本发明中使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，它们是萘磺酸和甲醛的缩合产物。特别可取的聚萘磺酸盐包括萘磺酸钠和萘磺酸钙。这些萘磺酸盐的平均分子量可以从约3，000变化到27，000，但优选的是该分子量的范围是从约8，000到22，000，并且更优选的是该分子量的范围是约12，000到17，000。作为一种商业产品，一种较高分子量的分散剂比一种较低分子量的分散剂具有更高的粘度和更低的固体含量。有用的萘磺酸盐包括可从GEO特种化学品公司(印第安纳州，拉斐特)获得的DILOFLO、DAXAD、以及LOMAR D。例如，这些萘磺酸盐优选作为固体含量在按重量计35-55%的范围内的水溶液使用。最优选的是使用处于例如固体含量在按重量计约40-55%的范围内的水溶液形式的萘磺酸盐。例如，可替代地，适当时，这些萘磺酸盐能以干燥固体或粉末如LOMAR D的形式使用。
[0042]在本发明中使用的聚萘磺酸盐具有以下通用结构(I):
[0043]
【权利要求】
1.一种石膏板，其包括设置在两个覆盖薄板之间的一个凝固石膏芯，该凝固石膏芯是由一种浆料形成的，该浆料包括: (1)水， (2)灰泥， (3)羟乙基化的淀粉，和 (4)预胶凝淀粉， 其中该羟乙基化的淀粉的量为基于灰泥的重量从按重量计约0.5%到按重量计约10%，且其中该预胶凝淀粉的量为基于灰泥的重量从按重量计约0.5%到按重量计约10%。
2.一种石膏板，其包括设置在两个覆盖薄板之间的一个凝固石膏芯，该凝固石膏芯是由一种浆料形成的，该浆料包括: (1)水， (2)灰泥， (3)羟乙基化的淀粉， (4)萘磺酸盐分散剂，和 (5)三偏磷酸钠， 其中该羟乙基化的淀粉的量为基于灰泥的重量从按重量计约0.5%到按重量计约10%，其中该萘磺酸盐分散剂的量为基于灰泥的重量从按重量计约0.1%到按重量计约3.0%，且其中该三偏磷酸钠的量为基于灰泥的重量从按重量计约0.1%到按重量计约0.4%。
3.一种石膏板，其包括设置在两个覆盖薄板之间的一个凝固石膏芯，该凝固石膏芯是由一种浆料形成的，该浆料包括: (1)水， (2)灰泥， (3)羟乙基化的淀粉， 其中当制备了由在水中的约6重量％的羟乙基化的淀粉组成的未蒸煮的分散体之后，该未蒸煮的分散体具有使用Brookfield粘度计所确定的约7cP或更小的平均粘度。
4.如权利要求1-3任一项所述的石膏板，其中当采用预胶凝淀粉代替浆料中的羟乙基化的淀粉之后，该预胶凝淀粉需要提高所需添加到浆料的过量的水的量以保持与采用羟乙基化的淀粉的情况下相同水平的浆料流动性。
5.如权利要求1-3任一项所述的石膏板，其中该浆料中水与灰泥的重量比率为约0.7至约0.8。
6.如权利要求1或3所述的石膏板，其中该浆料还包括萘磺酸盐分散剂，该萘磺酸盐分散剂的量为基于灰泥的重量从约0.1重量％到约3.0重量％。
7.如权利要求1或3所述的石膏板，其中该浆料还包括三偏磷酸钠，该三偏磷酸钠的量为基于灰泥的重量从约0.1重量％到约0.4重量％。
8.如权利要求2或3所述的石膏板，其中该浆料还包括预胶凝淀粉，该预胶凝淀粉的量为基于灰泥的重量从约0.5重量％到约10重量％。
9.如权利要求3所述的石膏板，其中在该浆料中的羟乙基化的淀粉的量为基于灰泥的重量从约0.5重量％到约10重量％。
10.如权利要求1-3任一项所述的石膏板，其中该羟乙基化的淀粉具有约10至13%的水分含量。
11.如权利要求1-3任一项所述的石膏板，其中该羟乙基化的淀粉具有以下特征的任一项或多项:
(a)pH5.0-7.5 ； (b)粒径95%通过100筛目； (c)比重1.50，分子量大于10，000 ;和 (d)堆密度35lb/ft3。
12.如权利要求1-3任一项所述的石膏板，其中该石膏板具有在约1/2英寸的板厚度下的从约10001b/MSF至约14001b/MSF的干重。
13.如权利要求1-3任一项所述的石膏板，其中该浆料还包括至少发泡剂，该发泡剂包括为不稳定组分的主要重量部分和为稳定组分的少量重量部分，发泡剂的量和不稳定组分与稳定组分之比有效形成了在该凝固石膏芯内的空隙分布。
14.如权利要求1-3任一项所述的石膏板，其中该凝固石膏芯具有芯体积的约75%至约95%的总空隙体积，总空隙体积的至少约60%包括具有大于约10微米的直径的平均空气空隙尺寸的空气空隙，且总空隙体积的至少约10%包括具有小于约5微米的直径的平均水空隙尺寸的水空隙。
15.如权利要求1-3任一项所述的石膏板，其中该凝固石膏芯包括空气空隙与水空隙的体积比率为约1.8:1至约9:1的空气空隙和水空隙。
16.如权利要求1-3任一项所述的石膏板,其中该凝固石膏芯包括石膏晶体基质,该石膏晶体基质具有包括以下的孔尺寸分布:(i)具有小于约50微米直径的孔尺寸的空隙，(ii)具有约50微米至约100微米直径的孔尺寸的空隙，和(iii)具有大于约100微米直径的孔尺寸的空隙，其使得具有大于约100微米直径的孔尺寸的空隙占凝固石膏芯的总空隙体积的至少约20%。
17.如权利要求1-3任一项所述的石膏板，其中相对于不含有淀粉的凝固石膏芯，该淀粉有效地提高了凝固石膏芯的芯硬度。
18.如权利要求1-3任一项所述的石膏板，其中在约1/2英寸的厚度下，该石膏墙板具有(i)至少Illb的芯硬度，(ii)在机器方向至少361b的挠曲强度，(iii)横跨机器方向至少1071b的挠曲强度，或(iv)至少651b的拔钉阻力，芯硬度、挠曲强度和拔钉阻力每一项均按照ASTM标准C-473确定。
【文档编号】C04B24/38GK103496204SQ201310357354
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2008年10月15日 优先权日:2007年10月31日
【发明者】余强, S·L·特蕾西 申请人:美国石膏公司