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复合轻量石膏板及其制备方法

阅读：292发布：2021-03-01

IPRDB可以提供复合轻量石膏板及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种轻量复合石膏板，包括泡沫低密度凝固石膏芯、顶部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层和底部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层，通过顶部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层结和在泡沫低密度凝固石膏芯上的顶部板层，以及通过底部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层结合在泡沫低密度凝固石膏芯上的底部板层。该泡沫石膏芯和非泡沫（或低泡沫）粘结层由石膏浆制成，该石膏浆包含灰泥、预凝胶淀粉、并优选包含萘磺酸盐分散剂和三偏磷酸钠。含石膏浆中使用肥皂泡沫时，该泡沫石膏芯的密度约为30pcf。石膏板具有轻量和高强度。本发明还提供了制备该石膏板的方法。，下面是复合轻量石膏板及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种复合轻量石膏板，包括：

具有干密度的泡沫低密度凝固石膏芯；

该泡沫低密度凝固石膏芯邻接于具有干密度的第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层，该泡沫低密度凝固石膏芯的干密度小于第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层的干密度，相差至少10pcf；

第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层，其厚度为2mil至小于7mil；

该板具有35pcf或更低的干密度；且

该泡沫低密度凝固石膏芯的平均芯硬度为至少11磅，如根据ASTM C473所测定的。

2.一种复合轻量石膏板，包括：

具有干密度的泡沫低密度凝固石膏芯；

第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层，其厚度为2mil至小于7mil；

该板具有35pcf或更低的干密度；且

该板的干密度(pcf)与平均芯硬度(lb)的比率为小于3.2，其中芯硬度根据ASTM C473测定。

3.一种复合轻量石膏板，包括：

具有干密度的泡沫低密度凝固石膏芯；

第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层，其厚度为2mil至小于7mil；

该板具有35pcf或更低的干密度；且

该板在1/2英寸厚度的钉拉阻力与平均芯硬度的比率为4-8，各自如根据ASTM C473所测定的。

4.如权利要求1-3中任一项所述的复合轻量石膏板，其中该泡沫低密度凝固石膏芯的平均芯硬度为至少11磅，如根据ASTM C473所测定的；和由包含水、灰泥、预凝胶淀粉以及萘磺酸盐分散剂的非泡沫含石膏浆形成第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层，用于形成第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层的浆体的量占用于形成泡沫低密度凝固石膏芯和第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层的浆体的总重量的4-9％。

5.如权利要求4所述的复合轻量石膏板，其中用于形成第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层的浆体的量占用于形成泡沫低密度凝固石膏芯和第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层的浆体的总重量的4-6％。

6.如权利要求4所述的复合轻量石膏板，其中用于形成第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层的浆体的量占用于形成泡沫低密度凝固石膏芯和第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层的浆体的总重量的6-9％。

7.如权利要求1-3中任一项所述的复合轻量石膏板，其中该泡沫低密度凝固石膏芯置于第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层和第二非泡沫或低泡沫高密度粘结层之间，泡沫低密度凝固石膏芯的干密度小于第二非泡沫或低泡沫高密度粘结层的干密度，相差至少10pcf，且第二非泡沫或低泡沫高密度粘结层具有2至小于7mil的厚度。

8.如权利要求7所述的复合轻量石膏板，其中第一和第二非泡沫或低泡沫高密度粘结层的至少一者具有60pcf至70pcf的干密度。

9.如权利要求7所述的复合轻量石膏板，其中第一和第二非泡沫或低泡沫高密度粘结层的至少一者具有45pcf至60pcf的干密度。

10.如权利要求7所述的复合轻量石膏板，其中由包含水、灰泥、预凝胶淀粉以及萘磺酸盐分散剂的非泡沫含石膏浆形成第一和第二非泡沫或低泡沫高密度粘结层,用于形成第一和第二非泡沫或低泡沫高密度粘结层的浆体的量占用于形成泡沫低密度凝固石膏芯和第一与第二非泡沫或低泡沫高密度粘结层的浆体的总重量的10-16％。

11.如权利要求1-3中任一项所述的复合轻量石膏板，其中该板的干密度为24-35pcf。

12.如权利要求1-3中任一项所述的复合轻量石膏板，其中第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层是非泡沫的。

13.如权利要求1-3中任一项所述的复合轻量石膏板，其中第一非泡沫或低泡沫高密度粘结层是低泡沫的。

14.如权利要求7所述的复合轻量石膏板，其中第一和第二非泡沫或低泡沫高密度粘结层的至少一者是非泡沫的。

15.如权利要求7所述的复合轻量石膏板，其中第一和第二非泡沫或低泡沫高密度粘结层的至少一者是低泡沫的。

16.如权利要求1-3中任一项所述的复合轻量石膏板，其中该板的干密度为24-30pcf。

17.如权利要求1-3中任一项所述的复合轻量石膏板，所述泡沫低密度凝固石膏芯由浆体形成，该浆体包含水、灰泥、泡沫，和以基于灰泥重量0.5％-10％的量存在的淀粉，相对于没有淀粉的石膏板的芯硬度而言，该淀粉对于提高石膏板的芯硬度有效，以及(i)选自三偏磷酸钠、三偏磷酸钾、三偏磷酸锂和三偏磷酸铵的三偏磷酸盐化合物，该三偏磷酸盐化合物以基于灰泥重量0.12％-0.4％的量存在，(ii)以基于灰泥重量0.1％-3.0％的量存在的萘磺酸盐分散剂，或者(iii)(i)－(ii)的任何组合。

18.如权利要求17所述的复合轻量石膏板，其中所述淀粉为预凝胶淀粉。

19.如权利要求1-3中任一项所述的复合轻量石膏板，其中所述板当为1/2英寸厚时具有：(i)至多1400lb/MSF的干重，(ii)至少65lb的钉拉阻力，如根据ASTM C473所测定的，(iii)在横向至少36lb的平均抗弯强度和/或在纵向至少107lb的平均抗弯强度，如根据ASTM C473所测定的，或(iv)(i)－(iii)任何的组合。

20.一种制备复合轻量石膏板的方法，该方法包括以下步骤：(a)至少混合水和灰泥、预凝胶淀粉、萘磺酸盐分散剂以及任选的泡沫，以形成第一浆体；

(b)将(a)的第一浆体的一部分沉积在第一板层上以形成具有2mil至小于7mil的厚度的第一粘结层；

(c)将泡沫添加到(a)的第一浆体的至少一部分并混合以形成第二浆体，其中第二浆体包含比第一浆体更多量的泡沫且具有比第一浆体较低的湿密度；

(d)将(c)的第二浆体沉积在所述第一粘结层上以形成板坯；

(e)将板坯切割成预定尺寸的板；以及

(f)干燥所述板；

其中凝固石膏芯由(c)的第二浆体形成，且其干密度小于第一粘结层的干密度，相差至少10pcf；

所述板具有35pcf或更低的干密度；

所述凝固石膏芯具有至少11磅的平均芯密度，如根据ASTMC473所测定的。

21.一种制备复合轻量石膏板的方法，该方法包括以下步骤：(a)至少混合水、和灰泥、预凝胶淀粉、萘磺酸盐分散剂以及任选的泡沫，以形成第一浆体；

(b)将(a)的第一浆体的一部分沉积在第一板层上以形成具有2mil至小于7mil的厚度的第一粘结层；

(c)将泡沫添加到(a)的第一浆体的至少一部分并混合以形成第二浆体，其中第二浆体包含比第一浆体更多量的泡沫且具有比第一浆体较低的湿密度；

(d)将(c)的第二浆体沉积在所述第一粘结层上以形成板坯；

(e)将板坯切割成预定尺寸的板；以及

(f)干燥所述板；

其中凝固石膏芯由(c)的第二浆体形成，且其干密度小于第一粘结层的干密度，相差至少10pcf；

所述板具有35pcf或更低的干密度；

该板的干密度(pcf)与平均芯硬度(lb)的比率为小于3.2，其中芯硬度根据ASTM C473测定。

22.一种制备复合轻量石膏板的方法，该方法包括以下步骤：(a)至少混合水和灰泥、预凝胶淀粉、萘磺酸盐分散剂以及任选的泡沫，以形成第一浆体；

(b)将(a)的第一浆体的一部分沉积在第一板层上以形成具有2mil至小于7mil的厚度的第一粘结层；

(c)将泡沫添加到(a)的第一浆体的至少一部分并混合以形成第二浆体，其中第二浆体包含比第一浆体更多量的泡沫且具有比第一浆体较低的湿密度；

(d)将(c)的第二浆体沉积在所述第一粘结层上以形成板坯；

(e)将板坯切割成预定尺寸的板；以及

(f)干燥所述板；

其中凝固石膏芯由(c)的第二浆体形成，且其干密度小于第一粘结层的干密度，相差至少10pcf；

所述板具有35pcf或更低的干密度；

该板在1/2英寸厚度的钉拉阻力与平均芯硬度的比率为4-8，各自如根据ASTM C473所测定的。

23.如权利要求20-22中任一项所述的方法，其中该凝固石膏芯的平均芯硬度为至少11磅，如根据ASTM C473所测定的；和用于形成板坯的第一粘结层的浆体的量占用于形成(c)的第二浆体和板坯的第一粘结层的浆体的总重量的4-9％。

24.如权利要求20-22中任一项所述的方法，还包括将(a)的第一浆体的一部分沉积在第二板层上以形成具有2mil至小于7mil的厚度的第二粘结层，将所述第二板层的浆覆盖面置于沉积的所述(c)的第二浆体上，凝固石膏芯的干密度小于第二粘结层的干密度，相差至少10pcf。

25.如权利要求24所述的方法，其中用于形成板坯的第一和第二粘结层的浆体的量占用于形成(c)的第二浆体和板坯的第一与第二粘结层的浆体的总重量的10-16％。

26.如权利要求20-22中任一项所述的方法，其中板的干密度为24-35pcf。

27.如权利要求20-22中任一项所述的方法，其中板的干密度为24-30pcf。

说明书全文

复合轻量石膏板及其制备方法

[0001] 本申请是申请日为2007年8月29日，发明名称为“复合轻量石膏墙板”，申请号为200780040271.8的发明专利申请的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明涉及独特的具有高强度的轻量复合石膏板。本发明还涉及利用独特的含石膏浆形成泡沫低密度凝固(set)石膏板芯和非泡沫(或低泡沫)粘结高密度层来制造这种轻量复合石膏板的方法，该粘结高密度层将顶部和底部板层(cover sheet)粘结到该板芯。

背景技术

[0003] 石膏(二水合硫酸钙)的某些性质使其在制造工业和建筑产品(如石膏墙板)的应用上备受欢迎。石膏是一种丰富的，通常很便宜的原料，其通过脱水和再水合过程，可被铸造、模塑或以其它方式形成有用的形状。制成石膏墙板和其它石膏制品的基底材料是硫酸钙的半水合物形式(CaSO4·1/2H2O)，通常称为“灰泥”，它是由硫酸钙的二水合物形式(CaSO4·2H2O)热转换，从中除去1-1/2水分子而生成。

[0004] 传统的含石膏产品如石膏墙板具有很多优点，例如低成本和易于加工。利用淀粉作为制造含石膏产品的浆体中的成分已经在制造这些产品方面实现了各种改进。例如，预凝胶淀粉可增强含石膏产品包括石膏墙板的抗弯强度和耐压强度。已知的石膏墙板包含小于10lbs/MSF水平的板淀粉。

[0005] 在含预凝胶淀粉的石膏浆中有必要使用大量的水，以便保证浆体有适当的流动性。但是，大部分水最终必须通过干燥去除，而干燥费用昂贵，因为干燥过程使用高成本的燃料。干燥步骤也很费时。人们发现使用萘磺酸盐分散剂能增强浆体的流动性，由此克服对水的需求问题。此外，人们还发现如果使用水平（量）够高，萘磺酸盐分散剂能交联到预凝胶淀粉上，以便在干燥后将石膏晶体粘结到一起，由此增强石膏复合品的干强度。在过去，人们没有认识到三偏磷酸盐影响石膏浆的水需求。然而，本发明人发现在特定分散剂的存在下，将三偏磷酸盐水平增加到目前未知的水平上可能以出人意料的减少的水量，实现浆体适当的流动性，甚至在高水平淀粉存在下。这当然是非常可取的，因为它反过来减少干燥的燃料用量以及与后来水去除处理步骤相关的处理时间。因此，本发明人还发现石膏墙板的干强度可通过在用于制造墙板的浆体中使用萘磺酸盐分散剂结合预凝胶淀粉来增强。

[0006] 传统的石膏墙板具有用于工作的足够强度，并满足标准测试要求如钉拉阻力（77lb）和芯硬度（11lb）。然而，传统墙板质重，通常重达1600-1700lb/MSF。如果能找到一种生产板重（密度）大大降低而对钉拉阻力和硬度特性无不良影响的高强度石膏墙板的方法，这将是对本领域的有用贡献。

[0007] 人们还知道在制造石膏墙板中，粘结层可用以促进纸板层对凝固石膏芯的粘着或粘结。通常，这些粘结层相对很厚，约为7mil-25mil，甚至达到50mil（mil，密尔）。预计较薄的粘结层较难适用并显示出其它缺点。但是，使用这些厚的粘结层会减少成品墙板中的芯硬度。这些干粘结层中的最终密度大于约70pcf-90pcf。术语“pcf”定义为磅每立方英尺（lb/ft3）。如果能找到一种用更薄、更轻的粘结层来制造低密度凝固石膏板，而不削弱芯硬度或其它重要板性质的方法，这将是对本领域的有用贡献。

发明内容

[0008] 本发明一般包括一种轻量石膏复合板，包括具有一顶面和一底面的一泡沫低密度凝固石膏芯，该泡沫低密度凝固石膏芯用含石膏浆制成，该含石膏浆包括灰泥，以及基于灰泥重量，约0.5-10%重量的预凝胶淀粉，约0.1-3.0%重量的萘磺酸盐分散剂和约0.12-0.4%重量的三偏磷酸钠，该轻量石膏复合墙板还包括一覆盖在泡沫低密度凝固石膏芯的顶面上的顶部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层，一覆盖在泡沫低密度凝固石膏芯的底面上的底部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层，一顶部板层以及一底部板层，其中该顶部板层通过顶部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层结合在泡沫低密度凝固石膏芯上，该底部板层通过底部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层结合在泡沫低密度凝固石膏芯上。

[0009] 该轻量石膏复合板的顶部和底部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层包括含石膏浆总量约10%-16%的重量。在一种优选的实施方式中，覆盖在泡沫低密度凝固石膏芯的顶面上的顶部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层包括含石膏浆总量约6-9%的重量，而覆盖在泡沫低密度凝固石膏芯的底面上的底部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层包括含石膏浆总量约4-6%的重量。

具体实施方式

[0010] 人们意外地发现，用更薄、更轻的顶部和底部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层制备泡沫低密度凝固石膏芯以达到重顶部（面）板层和底部（背）板层的良好结合，可获得具有钉拉阻力、芯硬度和板强度的复合石膏板。

[0011] 本发明的复合石膏板包含一具有顶面和底面的泡沫低密度凝固石膏芯，一覆盖在泡沫低密度凝固石膏芯的顶面上的顶部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层，一具有泡沫低密度凝固石膏芯-表面的顶部（或面）板层，该顶部板层通过顶部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层结合在泡沫低密度凝固石膏芯上，一覆盖在泡沫低密度凝固石膏芯的底面上的底部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层，以及一具有泡沫低密度凝固石膏芯-表面的底部（或背）板层，该底部板层通过底部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层结合在泡沫低密度凝固石膏芯上。优选地，该顶部板层为重量约60lb/MSF(厚度约18mil)的纸。此外，顶部（面）板层和底部（背）板层大体上与泡沫低密度凝固石膏芯平行。泡沫低密度凝固石膏芯由含灰泥的泡沫石膏浆制成，并包含预凝胶淀粉，以及优选包含萘磺酸盐分散剂，还优选包含三偏磷酸钠。该顶部和底部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层可包括石膏浆总量约10%-16%的重量。

[0012] 根据本发明的一种实施方式，可提供由含石膏、预凝胶淀粉、萘磺酸盐分散剂和三偏磷酸钠的泥浆制成的成品复合石膏板。萘磺酸盐分散剂以基于干灰泥重量约0.1%-3%重量的量存在。预凝胶淀粉以基于配方中干灰泥重量的至少0.5%重量，高至约10%重量的量存在。三偏磷酸钠以基于配方中干灰泥重量的约0.12%-0.4%重量的量存在。浆体中可能用到的其它成分包括粘合剂、纸纤维、玻璃纤维和促进剂。新配制的含石膏浆中可添加产生空气间隙的肥皂泡沫，以帮助降低最终含石膏产品例如石膏墙板或复合石膏板中的泡沫低密度凝固石膏芯的密度。

[0013] 约0.5%-10%重量的预凝胶淀粉，约0.1%-3.0%重量的萘磺酸分散剂，以及最低限度的至少0.12%重量、高至约0.4%重量的三偏磷酸盐（均基于石膏浆中使用的干灰泥的重量）的组合意外并大大地增加了石膏浆的流动性。这大大降低了生产具有足够流动性的用于制备含石膏浆产品如石膏墙板的石膏浆的需水量。三偏磷酸钠盐的水平，其至少为标准配方（三偏磷酸钠）两倍，被认为可促进萘磺酸盐分散剂的分散活性。

[0014] 空气间隙会降低泡沫低密度凝固石膏芯和板层之间的粘结强度。因为一半以上的复合石膏板体积可由泡沫引起的空气间隙组成，这些泡沫会妨碍泡沫低密度凝固石膏芯和纸板层之间的粘结。这可以通过在石膏芯上涂覆板层之前，在接触该石膏芯的顶部板层和底部板层的表面上设置非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层来解决。这种非泡沫或者低泡沫粘结高密度层配方除了不添加肥皂，或添加的肥皂（泡沫）的量大大降低外，通常与石膏浆芯配方相同。可选地，为了形成该粘结层，可从芯配方中机械地除去泡沫，或在泡沫低密度凝固石膏芯/面纸界面上涂覆不同的无泡沫配方。

[0015] 肥皂泡沫需要被引入并控制泡沫凝固石膏芯中空气（泡沫）间隙大小和分布，以及控制泡沫凝固石膏芯的密度。该凝固石膏芯中肥皂的优选范围为约0.2-0.7lb/MSF；肥皂的更优选水平为约0.3-0.5lb/MSF。虽然在非泡沫粘结高密度层中优选不使用肥皂，如果在低泡沫粘结高密度层中使用肥皂，其用量为制造泡沫低密度凝固石膏芯中所用肥皂量的约5%重量或更小。

[0016] 粘结层中使用的含石膏浆的非泡沫或低泡沫，即高密度部分是制造最终板使用的（湿）浆体重量的约10-16%。在一种优选实施方式中，浆体重量的6-9%可用作顶部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层，而浆体重量的4-7%可用作底部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层。该顶部和底部非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层的存在为顶部和底部板层以及泡沫低密度凝固石膏芯提供了改善的粘结力。该非泡沫粘结高密度层的湿密度可以为约80-85pcf。该非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层的干密度（最终）可以为约45-70pcf。此外，本发明的非泡沫（或低泡沫）粘结高密度层的厚度为约2-7mil。

[0017] 优选的板层可像传统石膏墙板一样用纸制成，但也可以使用其它本领域已知的有用的板层材料（如纤维玻璃搭配）。然而，在本发明该实施方式中，优选将重的纸板层用作顶部（面）板层。有用的板层纸包括购自美国石膏公司（伊利诺斯州，芝加哥）的马尼拉7层纸（Manila 7-ply）和News-Line5层纸（News-Line 5-ply），和购自Caraustar公司（印第安纳，新港）的灰底白板3层纸（Grey-Back 3-ply）和马尼拉白3层纸（Manila Ivory3-ply）。优选的顶部板层纸为马尼拉7层纸。特别优选的顶部板层纸为购自Caraustar公司（印第安纳，新港）的重马尼拉纸（60lb/MSF，厚度18mil）。还可优选使用其它厚度约15-20mil的重的、厚的纸。

[0018] 纤维垫也可用作所述板层的一个或两个。优选地，纤维垫为无纺玻璃纤维垫，其中玻璃纤维丝通过粘合剂粘结在一起。最优选地，无纺玻璃纤维垫将有一重的树脂涂层。例如，可使用购自约翰-曼维尔公司的重量约1.5lb/100ft2的Duraglass无纺玻璃纤维垫，该垫重量的约40-50%来自树脂涂层。

[0019] 在此可以注意到，制造传统石膏墙板中，首先铺设顶部或面纸并沿着生产线移动，且在本领域被称为工序的“底”，虽然接触并形成的是墙板产品的顶部或面。相反，底部或背纸在生产工序的最后涂覆，在其中被称为工序的“顶”。这些相同的常规手段可适用于本发明的复合石膏板的配方和制备。参见如下实施例7B。

[0020] 优选是在根据本发明制备的含石膏浆中使用萘磺酸盐分散剂。用于本发明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，其为萘磺酸和甲醛的缩合产物。尤其可取的聚萘磺酸盐包括萘磺酸钠和萘磺酸钙。萘磺酸盐的平均分子量可以为约3000-
27000，但优选的是该分子量为约8000-22000，更优选的是该分子量为约12000-17000。作为商业产品，较高分子量的分散剂比较低分子量的分散剂具有更高的粘性和更低的固体内容物。有用的萘磺酸盐包括购自GEO特种化学品公司（俄亥俄州，克里夫兰）的DILOFLO；购自罕布什尔化学公司（马萨诸塞州，列克星敦）的DAXAD；购自GEO特种化学品公司（印第安纳州，拉斐特）的LOMARD。萘磺酸盐优选作为固体内容物35-55%重量的水溶液使用，例如固体内容物约40-45%重量。或者，在适当情况下，萘磺酸盐以干燥固体或粉末形式使用，例如LOMAR D。

[0021] 本发明有用的聚萘磺酸盐具有结构通式（I）：

[0022]

[0023] 其中n>2，M为钠、钾、钙等。

[0024] 该萘磺酸盐分散剂，优选作为约45%重量的水溶液，以基于石膏复合配方中干灰泥重量的约0.5%-3.0%使用。该萘磺酸盐分散剂更优选的范围为基于干灰泥重量的约0.5%-2.0%，且最优选的范围为基于干灰泥重量的约0.7%-2.0%。相反，已知的石膏墙板包含该分散剂的水平为基于干灰泥重量的约0.4%或更低。

[0025] 换个方式说，该萘磺酸盐分散剂，在干重基础上，以基于石膏复合配方中干灰泥重量的约0.1%-1.5%使用。萘磺酸盐分散剂更优选的范围，在干重基础上，为基于干灰泥重量的约0.25%-0.7%，且最优选的范围（在干重基础上）为基于干灰泥重量的约0.3%-0.7%。

[0026] 该含石膏浆可选择地包含三偏磷酸盐，例如三偏磷酸钠。任何合适的水溶性偏磷酸盐或聚磷酸盐均可用于本发明。优选的是使用三偏磷酸盐，包括复盐，即具有两个阳离子的三偏磷酸盐。尤其有用的三偏磷酸盐包括三偏磷酸钠、三偏磷酸钾、三偏磷酸钙、三偏磷酸钠钙、三偏磷酸锂、三偏磷酸铵等，或其组合物。优选的三偏磷酸盐为三偏磷酸钠。优选的是三偏磷酸盐作为水溶液使用，例如固体内容物约10-15%重量。还可使用其它环或非环聚磷酸盐，如Yu等的美国专利No.6,409,825中所述，在此纳入作为参考。

[0027] 三偏磷酸钠是含石膏组合物中已知的添加剂，但它通常以基于石膏浆中使用的干灰泥重量的约0.05%-0.08%使用。在本发明的实施方式中，三偏磷酸钠（或其它水溶性偏磷酸盐或聚磷酸盐）可以以基于石膏复合配方中使用的干灰泥重量的约0.12%-0.4%存在。三偏磷酸钠（或其它水溶性偏磷酸盐或聚磷酸盐）的优选范围为基于石膏复合配方中使用的干灰泥重量的约0.12%-0.3%。

[0028] 灰泥有两种形式，α和β。灰泥的这两种类型由不同的煅烧手段产生。本发明中灰泥的α或β形式均可使用。

[0029] 淀粉，尤其包括预凝胶淀粉，必须用在根据本发明制备的石膏浆中。优选的预凝胶淀粉是预凝胶玉米淀粉，例如购自Bunge Milling （密苏里州，圣路易斯）公司的预凝胶玉米粉，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%，灰分0.3%；生强度0.48psi；松密度35.0lb/ft3。预凝胶玉米淀粉应以基于含石膏浆中使用的干灰泥重量的至少0.5%，高至约10%的量使用。

[0030] 本发明人进一步发现，在约0.1%-3%重量的萘磺酸盐分散剂存在下，通过使用至少0.5%，高至约10%重量的预凝胶淀粉（优选预凝胶玉米淀粉）可获得（尤其在墙板中）干强度的意外增强（淀粉和萘磺酸盐水平均基于配方中干灰泥的重量）。不管水溶性偏磷酸盐或聚磷酸盐是否存在，都可得到这一出人意料的结果。

[0031] 此外，发明人意外地发现，根据本发明制备的干石膏墙板中，预凝胶淀粉可以在至少10lb/MSF或更高水平使用，还能实现高强度和低重量。石膏墙板中水平高达35-45lb/MSF的预凝胶淀粉已经被证明是有效的。例如，如下表1和表2所示的配方B包括45lb/MSF，还产生了具有优良强度的1042lb/MSF的板重量。在该实例（配方B）中，作为45%重量水溶液的萘磺酸盐是以1.28%重量的水平使用。

[0032] 当萘磺酸盐分散剂三偏磷酸盐组合与预凝胶玉米淀粉、并可选地与纸纤维或玻璃纤维相结合时，本发明还得到更加意外的结果。由包含这三种成分的配方制成的石膏墙板具有增强的强度和降低的重量，并且由于在其制造时减少了水需求而更加经济可行。

[0033] 本发明的含石膏组合物中可使用如Yu等的美国专利No.6,409,825所述的促进剂，在此纳入作为参考。一种可取的耐热促进剂（HRA）可由干研磨的建筑石膏（二水合硫酸钙）制成。少量添加剂（通常约5%重量）如糖、右旋糖、硼酸和淀粉可用于制备该HRA。一般优选糖或右旋糖。其它有用的促进剂是美国专利No.3,573,947所述的“气候稳定型促进剂”（CAS，“climate stabilized accelerator”or “climate stable accelerator”），在此纳入作为参考。

[0034] 水/灰泥（w/s）比率是一个重要的参数，因为最后必须通过加热除去过量的水。在本发明的实施方式中，通常优选的w/s比率为约0.7-1.3。主石膏浆配方中更优选的w/s比率为0.8-1.2。

[0035] 其它石膏浆添加剂可包括促进剂、粘结剂、防水剂、纸或玻璃纤维以及其它已知组分。

[0036] 以下实施例进一步阐明本发明。它们不应被视为以任何形式限制本发明的范围。

[0037] 实施例1样品石膏浆配方

[0038] 石膏浆配方如下表1所示。表1中所有值均以基于干灰泥重量的重量百分比表示。括号中的值为以磅计的干重（lb/MSF）。

[0039] 表1

[0040]

[0041] *用于预产生泡沫

[0042] 1作为45%水溶液为1.28%重量

[0043] 实施例2墙板的制备

[0044] 根据Yu等的美国专利No.6,342,284和No.6,632,550制备样品石膏墙板，在此纳入作为参考。该方法包括单独产生泡沫，并把该泡沫引入到这些专利实施例5中所述的所有其它成分的浆体中。

[0045] 利用实施例1的配方A和配方B制备的石膏墙板和普通对照板的测试结果如下表2所示。在该实施例和以下其它实施例中，钉拉阻力、芯硬度和抗弯强度测试均按照ASTM C-473进行。此外，应注意，通常的石膏墙板约1/2英寸厚，且重量为约1600-1800磅每1000平方英尺材料，或lb/MSF。（“MSF”在本领域为1000平方英尺的标准缩写；它可用于盒子、瓦楞纸媒介和墙板的面积测量）

[0046] 表2

[0047]

[0048] MD：纵向（机器方向）

[0049] XMD：横向（跨机器方向）

[0050] 如图2所示，利用配方A和B制备的石膏墙板与对照板相比重量大大降低。再参见表1，配方A板和配方B板的对比非常明显。配方A和配方B中水/灰泥（w/s）比率相似。配方B还使用了明显较高水平的萘磺酸盐分散剂。而且，配方B使用了明显较多的预凝胶淀粉，约6%重量，比配方A增加100%多，并伴随着显著的强度增加。即便如此，配方B浆体中产生所需流动性的需水量仍然很低，与配方A相比约为10%的差异。在这两个配方中较低的需水量是因为石膏浆体中萘磺酸盐分散剂和三偏磷酸钠组合的协调效应，其即使在大量较高水平的预凝胶淀粉存在下，也能增强石膏浆的流动性。

[0051] 如表2所示，利用配方B浆体制备的墙板与利用配方A浆体制备的墙板相比具有大大增加的强度。通过合并加量的预凝胶淀粉和加量的萘磺酸盐分散剂和三偏磷酸钠，配方B板的钉拉阻力比配方A板提高了45%。还观察到配方B板中抗弯强度与配方A板相比大大增加。

[0052] 实施例31/2英寸石膏墙板重量降低试验

[0053] 进一步的石膏墙板实施例（板C、D和E），包括浆体配方和测试结果，如下表3所示。表3的浆体配方包括浆体的主要组分。括号中的值表示基于干灰泥重量的重量百分比。

[0054] 表3

[0055]

[0056] ASTM标准：77lb

[0057] 1DILOFLO为45%的萘磺酸盐水溶液

[0058] 如表3所示，与对照板相比，板C、D和E是由大量增加的淀粉、DILOFLO分散剂和三偏磷酸钠制成（淀粉和分散剂百分比为约两倍增加，三偏磷酸盐为两到三倍增加），同时保持w/s比率不变。然而，该板重量显著降低，且通过钉拉阻力测得的强度没有受到明显影响。因此，在本发明实施方式的这个实施例中，新配方（如，板D）可以在可用的、易流动的浆体中提供增加的淀粉，同时保持相同的w/s比率和足够的强度。

[0059] 实施例4湿石膏立方体强度测试

[0060] 利用购自美国石膏公司（伊利诺斯州，芝加哥）的Southard CKS 板灰泥和实验室的自来水进行湿立方体强度测试，以测定它们的湿抗压强度。使用了以下实验室测试程序。

[0061] 将灰泥（1000g），CAS（2g）和约70°F的自来水（1200cc）用于各个湿石膏立方体铸造。预凝胶玉米淀粉（20g，基于灰泥重量的2.0%）和CAS（2g，基于灰泥重量的0.2%）在与含萘磺酸盐分散剂和三偏磷酸钠的自来水溶液混合之前，首先在塑料袋中彻底干混合。使用的分散剂为DILOFLO分散剂（1.0-2.0%，如表4所示）。使用了不同用量的三偏磷酸钠，同样如表4所示。

[0062] 干成分和水溶液先在实验室告警搅拌器中混合，产生的混合物浸泡10s，然后该混合物在低速下混合10s以便制成浆体。由此形成的浆体被铸入三个2”X2”X2”的立方体模子。然后将铸造的立方体从模子中移出，称重，并密封在塑料袋中以防止在进行抗压强度测试前的水分损失。用ATS机器测量该湿立方体的抗压强度，并以磅每平方英寸（psi）记录平均数。所得结果如下：

[0063] 表4

[0064]

[0065] 1DILOFLO为45%的萘磺酸盐水溶液

[0066] 如图4所示，本发明具有三偏磷酸钠水平约0.12-0.4%的样品4-5，10-11和17，与三偏磷酸钠水平超出该范围的样品相比，普遍提供更好的湿立方体抗压强度。

[0067] 实施例51/2英寸轻量石膏墙板厂产品试验

[0068] 对试验板1和2进行了进一步的试验，包括浆体配方和测试结果如下表5所示。表5的浆体配方包括浆体的主要组分。括号中的值表示基于干灰泥重量的重量百分比。

[0069] 表5

[0070]

[0071] ASTM标准：77lb

[0072] MD:纵向

[0073] XMD:横向

[0074] 1DILOFLO为45%的萘磺酸盐水溶液

[0075] 290°F/90%相对湿度

[0076] 3应清楚地理解，在这些测试条件下，破坏率百分比<50%都是可以接受的。

[0077] 如表5所示，与对照板相比，试验板1和2由含大量增加的淀粉、DILOFLO分散剂和三偏磷酸钠的浆体制成，同时w/s比率略有下降。然而，通过钉拉阻力和弯曲测试测得的强度都得到保持或改善，且板重量明显下降。因此，在本发明实施方式的该实施例中，新配方（如，试验板1和2）能在可用的、易流动的浆体中提供增加的三偏磷酸盐和淀粉，同时保持大体相同的w/s比率和足够的强度。

[0078] 实施例61/2英寸超轻量石膏板厂产品试验

[0079] 同实施例2一样，用配方B（实施例1）进行进一步的试验（试验板3和4），不同的是该预凝胶玉米淀粉是以10%浓度用水制备（湿淀粉制备），并使用HYONIC25AS和PFM33肥皂（购自GEO特种化学品公司，印第安纳州，拉斐特）的混合物。例如，试验板3用HYONIC25AS和25AS的混合物制备，其中65-70%重量为25AS，而剩余的为PFM33。例如，试验板4用HYONIC25AS/HYONIC PFM 33的70/30wt./wt.的混合物制备。试验结果如下表6所示。

[0080] 表6

[0081]

[0082] 除标明的以外

[0083] 1n=4

[0084] MD：纵向

[0085] XMD：横向

[0086] a ASTM标准：77lb

[0087] b ASTM标准：11lb

[0088] c ASTM标准：36lb

[0089] d ASTM标准：107lb

[0090] 如表6所示，通过钉拉阻力和芯硬度测得的强度特征均高于ASTM标准。测得的抗弯强度也高于ASTM标准。此外，在本发明实施方式的该实施例中，新配方（如，试验板3和4）能在可用的、易流动的浆体中提供增加的三偏磷酸盐和淀粉，同时保持足够的强度。

[0091] 实施例71/2英寸超轻量复合石膏板

[0092] A、浆体配方

[0093] 下表7显示了一种代表性的用于生产石膏复合板的石膏浆体配方。表7中所有值均表示基于干灰泥重量的重量百分比。括号中的值为以磅计的干重（lb/MSF）。

[0094] 表7

[0095]

[0096] *用于预产生泡沫。注意：浆体重量的10-14%不用肥皂泡沫处理。

[0097] 1以45%水溶液计为1.40%重量

[0098] 2预凝胶淀粉可以干粉，或者以水中10%预分散淀粉（湿淀粉制备）形式添加。

[0099] B、用干预凝胶淀粉制备复合板

[0100] 用上述配方C同实施例2一样制备复合板，但以下情况除外。用干粉预凝胶玉米淀粉制备浆体。用重马尼拉纸（60lb/MSF，卡尺0.018in.）作为顶部（面）板层，在其上涂覆6-8%重量的湿密度为80pcf的非泡沫高密度石膏浆，跨越整个纸表面。主泡沫浆体涂完后，涂底部（背）板层（News-Line纸，42lb/MSF，卡尺0.0125in.），其面对石膏芯表面上包含有4-6%重量的湿密度为80pcf的非泡沫高密度石膏浆，跨越整个纸表面。

[0101] C、用湿预凝胶淀粉制备复合板

[0102] 按照如上所述制备复合板，不同的是预凝胶玉米淀粉用水制成10%浓度的溶液（湿淀粉制备）。

[0103] 实施例81/2英寸超轻量复合石膏板的测试

[0104] 实施例7B和7C中制备的复合石膏板的测试结果如下表8所示。正如在该实施例和其他实施例中，钉拉阻力、芯硬度和抗弯强度均按照ASTM C-473进行测试。2ft.X4ft.试验板样品在70°F/50%R.H（相对湿度）条件下测定。

[0105] 表8

[0106]

[0107] 如表8所示，实施例7C复合板的钉拉阻力超过ASTM标准，并且实质上满足了芯硬度标准（见表6）。这说明，强力的、重的面纸和普通背纸均利用非泡沫高密度粘结层粘结到低密度芯上，它们的使用能产生重量轻且强度增加的板。

[0108] 在描述本发明的上下文（特别是权利要求书上下文）中所用的术语“一”、“一个”，“这个/该”（a，an，the）及类似指称应理解为包括单数和复数，除非本文另有说明或者明确地否认。此处数值范围的列举仅作为一种逐个指出落入该范围的每个独立值的速记方法，除非本文另有说明，并且每个独立的值被纳入说明书中，犹如其被本文单独列出。本文描述的所有方法可以任何适合的顺序完成，除非本文另有说明或明确地否认。本文提供的任何和所有实施例，或示范性语言（如“例如”），仅为了更好地解释说明本发明，并不限制本发明的范围，除非另有声明。说明书中的语言不应解释为将任何未要求的元素作为本发明实践的要素。

[0109] 在此描述了本发明的优选实施方式，包括发明人知道的用于实施本发明的最佳实施方式。应理解的是，阐明的实施方式仅是示范性的，不应视为对本发明范围的限制。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种纸面石膏板及其生产方法-专利编号CN1203972C	2020-05-12	428
一种纸面石膏板-专利编号CN101139199A	2020-05-11	278
石膏板-专利编号CN104179288A	2020-05-13	594
石膏板-专利编号CN108779029A	2020-05-12	567
一种纸面石膏板及其生产方法-专利编号CN1463839A	2020-05-12	959
轻质高强耐水装饰石膏板-专利编号CN86105530B	2020-05-11	970
轻质高强耐水装饰石膏板-专利编号CN86105530A	2020-05-11	788
石膏板-专利编号CN108698929A	2020-05-13	964
一种纸面石膏板-专利编号CN201099964Y	2020-05-13	560
硅钙石膏板-专利编号CN2908652Y	2020-05-11	1105

复合轻量石膏板及其制备方法

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