具有改进的尺寸稳定性的建筑面板的制作方法

1.本发明涉及用于建筑物(building)建筑(构建，construction)中的面板，且具体而言，涉及具有改进的尺寸稳定性的面板。


背景技术：

2.轻质建筑面板，例如灰泥板(石膏板，plasterboard)(例如石膏灰泥板)常用于提供建筑物中的内部隔板(partition)。为了提供隔板，典型地首先由木材、金属或其它合适的材料构建框架，并用螺钉或其它固定物将灰泥板的板材(sheet)固定到框架以提供连续的隔板表面。还已知将所述面板固定到实心墙壁，例如砖墙壁，以提供更合意的完成(成品，finished)表面。所述面板典型地用于构建墙壁和天花板。一旦将面板固定到框架或墙壁，已知通过填充接合处(joint)和螺钉头凹陷(depression)或者用饰面(finishing)材料(例如水泥灰泥或石膏灰泥)覆盖整个面板来完成(finish)隔板。还已知对这样的面板进行涂漆。
3.典型的饰面材料是含水的。由于所述面板的组成，已知它们吸收水。因此，当饰面材料应用于面板时，已知的是面板将从饰面材料吸收水。
4.此外，已经发现已知的面板在它们吸收水时膨胀。在某些情况下，例如高湿度的极端条件下，这导致若干不合意的结果。第一个结果是，随着面板因吸收水分而膨胀以及随着面板变干并恢复到其原始尺寸和形状，饰面材料可能开裂或者损坏。第二个结果是面板本身或者它们所固定到的框架可能被损坏。这在使用了强度相对低的框架的隔板中尤为相关(relevant)。
5.本发明的目的和方面试图至少缓解现有已知建筑面板的这些问题。


技术实现要素：

6.根据本发明的第一方面，提供面板，其包括：石膏基质；和以相对于石膏至少0.8重量％的量嵌入石膏基质中的纤维；其中石膏基质包括：以相对于石膏至少0.8重量％的量的聚合物添加剂；和磷酸盐(酯)添加剂。
7.本发明的关键优势在于，与现有已知的面板相比，具有上述组成的面板在润湿时具有更大的尺寸稳定性。本技术人已经令人惊讶地发现，对于包括相对大量的纤维和聚合物添加剂的面板来说，具有良好的尺寸稳定性是尤其重要的。包括大量的聚合物添加剂和纤维的面板具有增加的刚度。因此，当这些面板安装在受限的系统例如隔板墙壁内时，与没有大量聚合物添加剂和纤维的面板相比，尺寸的任何变化都可导致明显的弯弓(bowing)、弯曲或开裂。
8.所述面板可用于建筑中。例如，所述面板可与支撑框架一起用于提供在建筑物中的内部隔板。所述面板可为灰泥板、干墙壁(drywall)、石膏灰胶纸夹板(sheetrock)、石膏板(gyp board)、墙壁板(wall board)或者任何其它已知的建筑面板。所述面板可为在润湿时膨胀的任何建筑面板。
9.一旦就位，所述面板可被接合，其中相邻面板之间的接合处被填充使得提供连续的外表面。由螺钉头引起的凹陷也可以这种方式填充。替代地，整个面板一旦就位就可被覆盖。所述面板可被接合或者完全覆盖在石膏灰泥、水泥灰泥、接合用化合物或者配置成凝固和/或干燥的其它材料中。
10.面板可在一个或多个表面上包括背纸。背纸可容许水分穿过其。
11.在灰泥板的生产中，典型的是，将包含具有化学式caso
4 1/2.(h2o)的半水合硫酸钙(灰墁(stucco))的浆料在干燥步骤期间转化为具有化学式caso42.(h2o)的二水合硫酸钙(石膏)。由于灰墁在该过程期间水合，基于硫酸钙的组分的重量在灰泥板中高于在浆料中。灰墁的摩尔质量是二水合硫酸钙的0.84。因此，浆料中的添加剂相对于灰墁的重量高于最终灰泥板产品中的添加剂相对于石膏的重量。
12.石膏基质可为易碎的。石膏基质可由灰墁浆料浇注和/或压入面板中。
13.嵌入石膏基质中的纤维可意味着纤维被设定在石膏基质中。各纤维或纤维簇可被石膏基质包围。纤维可遍及石膏基质均匀地分布。替代地，纤维可遍及石膏基质不均匀地分布。例如，邻近面板的第一表面的纤维密度在与面板的相对的第二表面相比时可更大。
14.纤维可以相对于石膏在范围0.8-7重量％内的量提供。替代地，纤维可以相对于石膏在范围1.6-5重量％内的量提供。例如，纤维可以相对于石膏大约1.6重量％、1.7重量％、1.9重量％、2.5重量％、3.0重量％、4.0重量％、4.5重量％或者5重量％的量提供。纤维可以相对于石膏最大7重量％的量提供。
15.磷酸盐(酯)添加剂可选自：偏磷酸盐(酯)、多磷酸盐(酯)、三偏磷酸盐(酯)、三偏磷酸钠(stmp)、焦磷酸四钠(tspp)及其混合物。
16.磷酸盐(酯)添加剂可以相对于石膏至少0.04重量％、0.08重量％、0.21重量％、0.25重量％、0.42重量％、0.5重量％、0.84重量％或者2.5重量％的量存在。添加磷酸盐(酯)添加剂可起到改进面板尺寸稳定性的作用。特别地，磷酸盐(酯)添加剂可在面板被打湿时减少面板的膨胀。
17.磷酸盐(酯)添加剂可以提供优选的面板特性所需的最小量提供。例如，磷酸盐(酯)添加剂可为stmp并且可以相对于石膏0.08重量％的量提供。已经发现该特定的磷酸盐(酯)添加剂和所述量提供优选的面板特性。更少量的stmp可不提供优选的面板特性。更大量的stmp可提供更优选的面板特性，但是性能从包括相对于石膏0.08重量％stmp的面板中所看到的性能得以提高可能并不证明以更大的量添加stmp是合理的。
18.纤维可以相对于石膏至少1.7重量％的量存在。聚合物添加剂可以相对于石膏至少3.7重量％的量提供。
19.聚合物添加剂可为添加到石膏基质的聚合物。聚合物添加剂可与石膏基质结合。替代地，聚合物添加剂可在石膏基质内保持为不同的。聚合物添加剂可选自：聚乙酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯-乙烯共聚物、用聚磺苯乙烯(聚苯乙烯磺酸酯，polystyrene sulfonate)交联的聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、苯乙烯-丁二烯共聚物胶乳、丙烯酸酯胶乳、丙烯酸类共聚物胶乳、聚酯树脂、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、淀粉及其混合物。
20.淀粉可选自：阳离子淀粉、乙基化淀粉、糊精、预凝胶化淀粉、取代淀粉、迁移淀粉(migratory starch)、非迁移淀粉、酸稀释淀粉(酸解淀粉，acid-thinned starch)、天然淀
粉、在低于60℃的温度具有小于60cps的布氏粘度且在70℃的温度具有大于10,000cps的布氏粘度的淀粉、及其混合物。
21.所述布氏粘度可通过经由在20℃的温度下将100g的淀粉溶解在600ml的水中产生溶液(其中使溶液达到60℃，和然后以1℃/min的速率加热至90℃)，使用适应于测量1-100,000cps粘度的布氏粘度计用6号转子以10rpm的速度来测量，从而容许从该布氏粘度计直接读取的最大结果在刻度范围的50％和80％之间，但可在所述刻度范围之外选择其它的转子。
22.聚合物添加剂可以相对于石膏在范围0.8-9重量％内的量提供。因而，聚合物添加剂可以相对于石膏最大9重量％的量提供。替代地，聚合物添加剂可以相对于石膏在范围0.8-7重量％内的量提供。替代地，聚合物添加剂可以相对于石膏在范围2.1-5重量％内的量提供。例如，聚合物添加剂可以相对于石膏大约1.6重量％、2.1重量％、2.9重量％、3.8重量％、4.2重量％、4.4重量％或者5重量％的量提供。聚合物添加剂可以相对于石膏最大7重量％的量提供。
23.聚合物添加剂可以相对于石膏至少1.9重量％的量包括聚乙酸乙烯酯。替代地，聚合物添加剂可以相对于石膏至少3.8wt％的量包括聚乙酸乙烯酯。
24.聚合物添加剂可以相对于石膏至少2.5重量％的量包括淀粉。替代地，聚合物添加剂可以相对于石膏至少5.0重量％的量包括淀粉。
25.已经发现以上公开的添加剂的值优选地提供尺寸稳定性特性。
26.纤维可包括玻璃纤维。替代地或者额外地，纤维可包括木纤维(wood fibre)、源自木材的纤维、再生纤维素纤维和/或合成聚合物纤维。各纤维可为细长的(elongate)。包含纤维可降低石膏基质的易碎性和/或改进面板的钉子拔出强度(nail pull-out strength)。
27.纤维可具有在4-8毫米范围内的长度。替代地，纤维可具有2-10毫米范围内的长度。例如，纤维可具有大约6毫米的长度。纤维可具有在5-80微米范围内的直径。替代地，纤维可具有在2-150微米范围内的直径。应理解，本文中提到的长度和直径可为平均、中值或模态(modal)长度或直径。此外，本文中提到的长度和直径可为如面板中存在的纤维的长度或直径。应理解，在面板的制造和随后的使用期间，一部分纤维可被损坏且长度或直径减小。
28.纤维可以附聚纤维颗粒(例如，纸颗粒和/或木材颗粒如细锯末颗粒)的形式存在于面板中。典型地，所述颗粒在形状方面是不规则的。
29.组合物可具有在范围60-90％、优选60-80％、更优选60-70％内的水位(水位计水位，water gauge)。例如，组合物可具有大约65％的水位。
30.根据本发明的第二方面，提供制造根据第一方面的面板的方法，所述方法包括如下步骤：将纤维添加到灰墁浆料；将聚合物添加剂添加到灰墁浆料；将磷酸盐(酯)添加剂添加到灰墁浆料；和干燥灰墁浆料以形成面板。典型地，所述浆料主要包括半水合硫酸钙(灰墁)，其在干燥步骤期间转化为二水合硫酸钙。半水合硫酸钙的摩尔质量为二水合硫酸钙的0.84。
31.将磷酸盐(酯)添加剂添加到灰墁浆料的步骤可包括将磷酸盐(酯)添加剂作为干固体添加。替代地或者额外地，将磷酸盐(酯)添加剂添加到灰墁浆料的步骤可包括将磷酸
盐(酯)添加剂作为溶液添加。该溶液可为基于水的溶液。当与石膏相比时，以上提到的百分比可为溶液的固体内容物的相对百分比。
32.将聚合物添加剂添加到灰墁浆料的步骤可包括将聚合物添加剂作为干固体添加。替代地或者额外地，将聚合物添加剂添加到灰墁浆料的步骤可包括将聚合物添加剂作为溶液添加。该溶液可为基于水的溶液。当与石膏相比时，以上提到的百分比可为溶液的固体内容物的相对百分比。
33.所述方法可进一步包括将灰墁浆料在范围100-250℃内的温度下干燥的步骤。将灰墁浆料干燥的步骤可包括多个干燥阶段。各干燥阶段可在与至少一个其它干燥阶段不同的温度下进行。例如，将灰墁浆料干燥的步骤可包括在大约250℃下的第一干燥步骤和在大约100℃下的第二干燥步骤。
34.所述方法可进一步包括搅拌或混合灰墁浆料以均匀分布纤维和/或添加剂的步骤。
35.所述方法可进一步包括将灰墁浆料置于模子(form)中的步骤。模子可确定经由该方法生产的面板的形状。
附图说明
36.现在将通过仅示例的方式并参考附图来描述本发明的实施方式，在附图中：
37.图1是实施例1-3和对比例1的长度变化百分比对时间的示意图；
38.图2是实施例4-6和对比例2-4的长度变化百分比对时间的示意图；和
39.图3是实施例5、7和8以及对比例3的长度变化百分比对时间的示意图。
40.图4是实施例9、10和11以及对比例5的长度变化百分比对时间的示意图。
具体实施方式
41.图1是长度变化百分比对时间的示意图。图1的曲线图包括从对实施例1-3和对比例1的测试中收集的数据。该曲线图显示长度变化百分比对以小时计的浸没时间的曲线。用如以下讨论的组合物生产测试面板。记录各测试面板的初始长度。然后将测试面板浸没在水中。在浸没在水中1小时、2小时、4小时、7小时和24小时后测量各测试面板的长度。
42.实施例1-3
43.由以下描述的组合物制备石膏灰泥板。
44.实施例1
45.由含有以下的浆料制备石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的重量：
46.·
量为100％的灰墁；
47.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
48.·
量为4.5％的聚乙酸乙烯酯；
49.·
80％水位；和
50.·
量为0.05％的stmp。
51.实施例2
52.由含有以下的浆料制备石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的
重量：
53.·
量为100％的灰墁；
54.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
55.·
量为4.5％的聚乙酸乙烯酯；
56.·
80％水位；和
57.·
量为1％的stmp。
58.实施例3
59.由含有以下的浆料制备石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的重量：
60.·
量为100％的灰墁；
61.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
62.·
量为4.5％的聚乙酸乙烯酯；
63.·
80％水位；和
64.·
量为3％的stmp。
65.对比例1
66.由含有以下的浆料制备对比性石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的重量：
67.·
量为100％的灰墁；
68.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
69.·
量为4.5％的聚乙酸乙烯酯；和
70.·
80％水位。
71.如在图1的曲线图中可看出的，具有相对于灰墁0.05重量％的量的stmp的实施例1表现得比没有stmp的对比例1更好。更好的表现(性能)被理解为具有更低的长度变化百分比。此外，分别具有相对于灰墁1重量％和3重量％的量的stmp的实施例2和3均表现得比实施例1好得多。因此，可得出的第一个结论是更高水平的stmp减少因暴露于水分而引起的尺寸变化。
72.然而，还可看出实施例2和3表现得相似。因此，可得出的第二个结论是，具有相对于灰墁3重量％stmp与具有相对于灰墁仅1重量％表现得相似。因而，在相对于灰墁0.05重量％至1重量％stmp的范围内可能存在饱和点，其中高于饱和点的stmp量不提供在表现(性能)方面的显著提高。
73.图2是长度变化百分比对时间的示意图。图2的曲线图包括从对实施例4-6和对比例2-4的测试中收集的数据。该曲线图显示长度变化百分比对以小时计的浸没时间的曲线。用如以下讨论的组合物生产测试面板。记录各测试面板的初始长度。然后将测试面板浸没在水中。在浸没在水中1小时、2小时、4小时、7小时和24小时后测量各测试面板的长度。
74.实施例4-6
75.由以下描述的组合物制备石膏灰泥板。
76.实施例4
77.由含有以下的浆料制备石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的重量：
78.·
量为100％的灰墁；
79.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
80.·
量为2.25％的聚乙酸乙烯酯；
81.·
80％水位；和
82.·
量为0.1％的stmp。
83.实施例5
84.由含有以下的浆料制备石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的重量：
85.·
量为100％的灰墁；
86.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
87.·
量为2.25％的聚乙酸乙烯酯；
88.·
量为3％的改性淀粉；
89.·
80％水位；和
90.·
量为0.1％的stmp。
91.实施例6
92.由含有以下的浆料制备石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的重量：
93.·
量为100％的灰墁；
94.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
95.·
量为3％的改性淀粉；
96.·
80％水位；和
97.·
量为0.1％的stmp。
98.对比例2
99.由含有以下的浆料制备对比性石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的重量：
100.·
量为100％的灰墁；
101.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
102.·
量为2.25％的聚乙酸乙烯酯；和
103.·
80％水位。
104.对比例3
105.由含有以下的浆料制备对比性石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的重量：
106.·
量为100％的灰墁；
107.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
108.·
量为2.25％的聚乙酸乙烯酯；
109.·
量为3％的改性淀粉；和
110.·
80％水位。
111.对比例4
112.由含有以下的浆料制备对比性石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于
灰墁的重量：
113.·
量为100％的灰墁；
114.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
115.·
量为3％的改性淀粉；和
116.·
80％水位。
117.如在图2的曲线图中可看出的，具有相对于灰墁2.25重量％的量的聚乙酸乙烯酯和相对于灰墁0.1重量％的量的stmp的实施例4表现得比具有相对于灰墁2.25重量％的量的聚乙酸乙烯酯且没有stmp的对比例2更好。更好的表现被理解为具有更低的长度变化百分比。
118.此外，如在图2的曲线图中可看出的，具有相对于灰墁2.25重量％的量的聚乙酸乙烯酯、相对于灰墁3重量％的量的改性淀粉和相对于灰墁0.1重量％的量的stmp的实施例5表现得比具有相对于灰墁2.25重量％的量的聚乙酸乙烯酯、相对于灰墁3重量％的量的改性淀粉且没有stmp的对比例3更好。更好的表现被理解为具有更低的长度变化百分比。
119.而且，如在图2的曲线图中可看出的，具有相对于灰墁3重量％的量的改性淀粉和相对于灰墁0.1重量％的量的stmp的实施例5表现得比具有相对于灰墁3重量％的量的改性淀粉且没有stmp的对比例4更好。更好的表现被理解为具有更低的长度变化百分比。
120.因此，可得出的结论是，添加相对于灰墁0.1重量％的量的stmp改进具有聚乙酸乙烯酯、改性淀粉及其组合作为添加剂的面板的性能(表现)。
121.图3是长度变化百分比对时间的示意图。图3的曲线图包括从对实施例5、7和8以及对比例3的测试中收集的数据。该曲线图显示长度变化百分比对以小时计的浸没时间的曲线。用如以下讨论的组合物生产测试面板。记录各测试面板的初始长度。然后将测试面板浸没在水中。在浸没在水中1小时、2小时、4小时、7小时和24小时后测量各测试面板的长度。
122.实施例5和对比例3的组合物为以上参考图2讨论的。
123.实施例7和8
124.由以下描述的组合物制备石膏灰泥板。
125.实施例7
126.由含有以下的浆料制备石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的重量：
127.·
量为100％的灰墁；
128.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
129.·
量为2.25％的聚乙酸乙烯酯；
130.·
量为3％的改性淀粉；
131.·
80％水位；和
132.·
量为0.25％的stmp。
133.实施例8
134.由含有以下的浆料制备石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的重量：
135.·
量为100％的灰墁；
136.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
137.·
量为2.25％的聚乙酸乙烯酯；
138.·
量为3％的改性淀粉；
139.·
80％水位；和
140.·
量为0.5％的stmp。
141.如在图3的曲线图中可看出的，分别具有相对于灰墁0.1重量％的量和相对于灰墁0.25重量％的量的stmp的实施例5和7表现得相似，并且比没有stmp的对比例3更好。更好的表现被理解为具有更低的长度变化百分比。因而，可得出的结论是在相对于灰墁0.1-0.25重量％的范围内的量的stmp表现得相似。
142.此外，如在图3的曲线图中可看出的，具有相对于灰墁0.5重量％的量的stmp的实施例8表现得比没有stmp的对比例3以及分别具有相对于灰墁0.1重量％的量和相对于灰墁0.25重量％的量的stmp的实施例5和7更好。更好的表现被理解为具有更低的长度变化百分比。因而，可得出的另一结论是相对于灰墁0.5重量％的量的stmp表现得比更低水平的stmp(例如在相对于灰墁0.1-0.25重量％范围内)更好。因而，以大于0.25重量％的量提供stmp可提供更好的表现(性能)。
143.图4是长度变化百分比对时间的示意图。图4的曲线图包括从对实施例9-11和对比例5的测试中收集的数据。该曲线图显示长度变化百分比对以小时计的浸没时间的曲线。用如以下讨论的组合物生产全商业规模的测试面板。记录各测试面板的初始长度。然后将测试面板浸没在水中。在浸没在水中1小时、2小时、4小时、7小时和24小时后测量各测试面板的长度。
144.实施例9-11
145.由以下描述的组合物制备石膏灰泥板。
146.实施例9
147.由含有以下的浆料制备石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的重量：
148.·
量为100％的灰墁；
149.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
150.·
量为4.5％的聚乙酸乙烯酯；
151.·
80％水位；和
152.·
量为1％的stmp。
153.实施例10
154.由含有以下的浆料制备石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的重量：
155.·
量为100％的灰墁；
156.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
157.·
量为4.5％的聚乙酸乙烯酯；
158.·
80％水位；和
159.·
量为1％的tspp。
160.实施例11
161.由含有以下的浆料制备石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的
重量：
162.·
量为100％的灰墁；
163.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
164.·
量为4.5％的聚乙酸乙烯酯；
165.·
80％水位；和
166.·
量为0.1％的tspp。
167.对比例5
168.由含有以下的浆料制备对比性石膏灰泥板，其中所有给出的百分比值均是相对于灰墁的重量：
169.·
量为100％的灰墁；
170.·
量为2.4％的6毫米长的玻璃纤维；
171.·
量为4.5％的聚乙酸乙烯酯；和
172.·
80％水位。
173.如在图4的曲线图中可看出的，包括stmp和tspp的实施例9-11表现得比没有磷酸盐(酯)添加剂的对比例5更好。更好的表现被理解为具有更低的长度变化百分比。因此，可得出的第一个结论是，在灰泥板中包括磷酸盐(酯)添加剂减少因暴露于水分而引起的尺寸变化。
174.此外，具有相对于灰墁1重量％的量的stmp的实施例9表现得比分别以相对于灰墁1重量％和0.1重量％tspp的量包括tspp的实施例10和11更好。因此，可得出的第二个结论是，在灰泥板中，stmp比tspp在减少因暴露于水分而引起的尺寸变化方面更有效。