專利名稱：減輕重量的石膏板的生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及減輕重量的石膏板的生產(chǎn)方法。
石膏板是以熟石膏(二水合硫酸鈣)制成的預制平行六面體組分，其每個面上覆蓋特等紙板或紙或無機纖維。這樣形成的復合材料具有很好的機械性能，覆蓋在表面上的片材起框架和飾面的作用。
適當加入常規(guī)使用的輔助劑，從主要通過混合可水合硫酸鈣和水形成的熟石膏漿料，得到熟石膏芯材。術語“可水合硫酸鈣”在本發(fā)明中的含義應理解為無水硫酸鈣(無水石膏II或III)或以其α或β晶形存在的半水合硫酸鈣(CaSO4·1/2H2O)。這些化合物為本領域技術人員所公知，通常是通過對石膏進行焙燒而制得。
熟石膏的水合作用使?jié){料迅速凝固。板接著在干燥器中加熱以除去多余的水分。
使石膏板減輕重量，并具有機械強度，在此確實成為問題。為了減輕石膏板，常見的是通過向熟石膏漿料中加入泡沫來把空氣引入漿料。
降低石膏板的密度是為達到雙重經(jīng)濟效益一是能夠減輕產(chǎn)品從而使其易于運輸；二是通過減少對熟石膏的需求來克服生產(chǎn)能力上的限制。這是因為石膏的焙燒需要時間，而且該環(huán)節(jié)是影響石膏板生產(chǎn)速度的制約因素。對熟石膏的需求的減少，使得同時降低了焙燒環(huán)節(jié)的生產(chǎn)成本。進而，石膏板密度的降低使運輸成本也隨之降低，同時加快了生產(chǎn)周期，從而降低了生產(chǎn)成本。
眾說周知，用于生產(chǎn)減輕石膏板重量的表面活性劑組合物有很多種，通常這些組合物都包括烷基醚硫酸鹽。
以烷基硫酸鹽和烷基醚硫酸鹽為主的表面活性劑組合物在WO9516515中公開。在該組合物中，烷基硫酸鹽和烷基二醚或三醚硫酸鹽的比例至少是12∶1，優(yōu)選比例是30∶1到60∶1之間，單獨用烷基硫酸鹽不能達到滿意的效果。這是因為獲得的僅含有烷基硫酸鹽的石膏板的輕質性能一般。
US 5 643 510文件公開了使用烷基硫酸鹽和烷基醚硫酸鹽的混合物來控制石膏板中氣泡的尺寸大小。該文件指出，烷基硫酸鹽形成不穩(wěn)定泡沫，因此不能單獨使用，因為在給定密度板的生產(chǎn)中，其消耗量大約比包括烷基醚硫酸鹽的表面活性劑多3倍。優(yōu)選的表面活性劑因此是包括大約10％的烷基醚硫酸鹽的混合物。
然而，用烷基硫酸鹽代替烷基醚硫酸鹽作為表面活性劑則是有它的優(yōu)勢。這是因為，雖然烷基硫酸鹽能夠直接由相應的脂肪醇硫酸化而得，還是要通過乙氧基化才能得到烷基醚硫酸鹽。該過程不但成本很高，而且易于產(chǎn)生不需要的副產(chǎn)物。
因此本發(fā)明要解決的問題在于提供使用便宜又易于得到的表面活性劑以生產(chǎn)便宜的減輕重量的石膏板的方法。
通常，表面活性劑的質量取決于其所產(chǎn)生的泡沫體積的大小。因為，對于生產(chǎn)給定體積的泡沫來說，邏輯上發(fā)泡能力越小則消耗的表面活性劑越多。這也在經(jīng)濟上影響生產(chǎn)石膏板的成本價格。
然而，在泡沫進入石膏板內部之前以及之后，泡沫的穩(wěn)定性不是無意義的因素。因此體積相同的情況下，低穩(wěn)定性的泡沫比穩(wěn)定泡沫導致石膏板的重量減輕的程度要小。根據(jù)US 5 643 510，烷基硫酸鹽在石膏板中形成的泡沫的穩(wěn)定性低。
而且，很明顯地，石膏板，即使減輕重量的石膏板和未減輕的板相比有其自身的特點，如機械強度。熟石膏漿料和飾面之間粘合質量，無論是在干燥還是在潮濕環(huán)境下，都是必須滿足的質量要求。
本發(fā)明是基于如下的觀察所得雖然一些烷基硫酸鹽組合物與和烷基醚硫酸鹽的混合物相比消耗稍微過量，但是他們可以獲得重量顯著減輕的石膏板。重量的減輕大大補償了可能增加的經(jīng)濟成本。因為重量減輕帶來的生產(chǎn)節(jié)約相當于表面活性劑額外消耗產(chǎn)生的附加成本的7倍。因此整體上說整個平衡仍然是正方向的。
這種減輕重量的石膏板還具有整體可接受的機械強度性能和與外表面粘合效果。
這個令人驚奇的效果似乎與表面活性劑、泡沫以及熟石膏漿料之間的相互作用有關。
這是因為雖然這些烷基硫酸鹽的發(fā)泡能力通常低于包括烷基醚硫酸鹽的表面活性劑，結果是一些它們可以獲得與熟石膏漿料相容的泡沫。與現(xiàn)有技術所教導的相反，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)過量消耗現(xiàn)象一般，在某些情況下甚至沒有。
看來，這種影響至少部分地歸因于熟石膏漿料和泡沫之間的良好相容性，其各自粘度的作用。更具體而言，似乎這兩相的流動性可以調節(jié)使得混合時不過度損失泡沫體積。因此表面活性劑產(chǎn)生的泡沫效力增加。
因此，表面活性劑的消耗和其減輕重量的能力不僅僅是后者發(fā)泡能力的作用，還依賴于其它方法參數(shù)的綜合作用。有理由相信，具體而言熟石膏漿料的物理化學特性，特別是它的流動性，影響了獲得的減輕重量的效果。
因此本發(fā)明的主題是制造芯密度低于0.77的石膏板的方法，其包括以下步驟—從水和含有至少一種通式為H(CH2)nOSO3-M+的烷基硫酸鹽的表面活性劑形成泡沫，其中n的數(shù)值為6-16，M是單價陽離子，碳原子的平均數(shù)目nm為9-10，和—把獲得的泡沫加入熟石膏漿料中，其特征在于加入的表面活性劑的量不超過0.32g/L熟石膏漿料。
術語“密度”在這里是給定體積的熟石膏漿料質量和此體積的水質量的比值。術語“芯密度”是指除去覆蓋石膏板表面材料的板密度。
優(yōu)選表面活性劑的使用量少于0.24g/L，特別是少于0.16g/L熟石膏漿料。通常情況下，生產(chǎn)12.5mm厚度的石膏板將使用多于0.05g/L熟石膏漿料的消耗量，而生產(chǎn)6mm厚度的石膏板則將使用多于0.02g/L熟石膏漿料的消耗量。
生產(chǎn)的石膏板優(yōu)選壓縮強度大于2Mpa，特別是大于3Mpa。
根據(jù)優(yōu)選實施方案，表面活性劑包括5到60wt％十二烷基硫酸鹽。根據(jù)優(yōu)選實施方案，表面活性劑包括40到95wt％癸基硫酸鹽。根據(jù)另一個優(yōu)選實施方案，表面活性劑包括5-60wt％的辛基硫酸鹽。特別優(yōu)選的表面活性劑包括5-15wt％的辛基硫酸鈉和85-95wt％的癸基硫酸鈉。
特別優(yōu)選的表面活性劑碳原子的平均數(shù)目為9.5-10，優(yōu)選9.7-9.9。
優(yōu)選M選自鈉、鉀、鎂和銨。
根據(jù)一個實施方案，表面活性劑另外包括多價螯合劑和/或水溶助長劑。
本發(fā)明也涉及制作減輕重量的石膏板的表面活性劑的用途，其含有至少一種通式為H(CH2)nOSO3-M+的烷基硫酸鹽，其中n的數(shù)值為6-16，M是單價陽離子，碳原子的平均數(shù)目nm為9-10，且其用量小于0.32g/L石膏漿料。
優(yōu)選所述表面活性劑用于生產(chǎn)芯密度低于0.77的石膏板，尤其是低于0.74甚至是低于0.72的。然而，芯密度通常大于0.48。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在下面詳細描述熟石膏組合物包括熟石膏、水和表面活性劑組合物。其可進一步包括其它傳統(tǒng)使用的添加劑。
此外，目標表面活性劑組合物形成的泡沫使得可以獲得不同類型石膏制得的石膏板重量上可比較的減少。因此，表面活性劑組合物的有利之處在于其對所用石膏的質量相對不敏感。
而且，由該表面活性劑組合物產(chǎn)生的泡沫的特性對溫度相對不敏感。于是，即使水的溫度發(fā)生了變化，形成的泡沫體積仍然基本上恒定。
另外，事實證明，熟石膏和石膏板外部片材之間的粘合質量也是非常出色的。
石膏板的機械性能通常由石膏板芯部的彎曲強度、芯部硬度、布氏硬度和壓縮強度來評估。石膏板能夠承受釘入1/4英寸釘子，傳統(tǒng)稱之為“拔釘測試”或是沖壓強度，也是實踐上非常重要的。該測試的條件在ASTM標準C473-方法B中有描述。
此外，事實證明，所獲得的石膏板在熟石膏和外部片材之間顯示良好粘合。
用于實施本方法的適當表面活性劑組合物為，例如C8和C10烷基硫酸鹽的混合物，如Kao公司SA出售的Emal A10 DE。然而，也可以從其它的烷基硫酸鹽或從烷基硫酸鹽的混合物開始進行混合，以制備平均碳原子的數(shù)目為9-10的組合物。
對應于通式為H(CH2)nOSO3M的烷基硫酸鹽通常是由相應的醇硫酸化得到。原則上，由于這些醇較好的可獲得性，n通常是一個偶數(shù)?？墒?，n不為偶數(shù)的烷基硫酸鹽也在本發(fā)明中使用。
組合物中烷基硫酸鹽的鏈優(yōu)選包括8-12個碳原子。
表面活性劑組合物還可以另外包含水溶助長劑。這些水溶助長劑為，例如甲醇、乙醇、異丙醇、1，2-亞乙基二醇、丙二醇、聚乙二醇和聚丙二醇，以及乙二醇單烷基醚、烷基多苷及其混合物。
該組合物可有利地包括多價螯合劑或螯合劑，這使得可以在溶液中保持鎂或鈣離子，尤其在硬水中。這些多價螯合劑或螯合劑為，例如羥基羧酸及其鹽，醛糖和酮糖，無機絡合劑，更具體為磷酸鹽、硼酸鹽和多磷酸鹽，有機絡合劑更具體選自EDTA、NTA等，具有包括羥基和/或胺和/或羧基的聚合物結構的磷酸衍生物。
獲得的泡沫使得能夠向石膏板中引入相當于板重量的0.01-0.04wt％的表面活性劑(以干基表示)。這表示其體積在石膏板體積的20-40％之間。
該以泡沫為基礎的石膏板可以進一步有利地包括傳統(tǒng)中所用的輔助劑，如增塑劑、促進劑、淀粉等。
下面的實施例能使人更好地理解本發(fā)明，其以說明目的給出而不是以限制目的。
實施例實施例1面積為0.1m2厚度為12.5mm的微型板從St Loubes熟石膏制備，它是通過快速焙燒具有如下特征的天然石膏獲得的熟石膏
石膏含量 68.8％無水石膏 0.90％氧化鎂 3.70％白云石 8.80％滑石 0.80％金云母 1.10％微斜長石 3.80％石英 9.50％天青石 0.60％斜綠泥石 2.00％該種石膏板的制作方法如下22℃下，在電壓設置成55伏的Hamilton Beach型的泡沫發(fā)生器中攪拌5.25ml 50g/l組合物溶液和170ml水的混合物1分鐘制備泡沫，其中組合物由包括47wt％C8烷基和53wt％C10烷基的烷基硫酸鈉組成，考慮到組分的摩爾質量，其平均碳原子數(shù)nm為9。接著把泡沫加入到700g 50℃的水和1130g 22℃的熟石膏的混合物中。熟石膏漿料在兩片特等紙板之間沉積。移去填充后過量部分。然后在烘箱內在從100℃到200℃穩(wěn)定上升的溫度下干燥過15分鐘，然后溫度從200℃到90℃穩(wěn)定下降過25分鐘。
實施例2根據(jù)實施例1制造石膏板，但是表面活性劑組合物替換為相同量的表面活性劑，其包括25wt％C8烷基硫酸鹽和75wt％C10烷基硫酸鹽。該組合物中碳原子平均數(shù)目nm為9.5。
實施例3根據(jù)實施例1制造石膏板，但是表面活性劑組合物替換為相同量的表面活性劑，其包括11wt％C8烷基硫酸鹽和89wt％C10烷基硫酸鹽。該組合物中碳原子平均數(shù)目nm為9.8。
實施例4根據(jù)實施例1制造石膏板，但是表面活性劑組合物替換為相同量的表面活性劑，其包括33.3wt％C8烷基硫酸鹽、58.4wt％C10烷基硫酸鹽和8.3wt％C12烷基硫酸鹽。該組合物中碳原子平均數(shù)目nm為9.5。
實施例5根據(jù)實施例1制造石膏板，但是表面活性劑組合物替換為相同量的表面活性劑，其包括75wt％C8烷基硫酸鹽和25wt％C10烷基硫酸鹽。該組合物中碳原子平均數(shù)目nm為8.5。
實施例6根據(jù)實施例1制造石膏板，但是表面活性劑組合物替換為相同量的表面活性劑，其包括烷基硫酸鹽(AS)和烷基醚硫酸鹽(AES)。這種表面活性劑被Stepan以Alphafoamer的名稱出售。
根據(jù)上述實施例制作的石膏板，完全干燥到吻合法國標準NF P72-302的恒定重量后被稱重并確定其芯密度。結果記錄于表1。
表1
*對比實施例本發(fā)明的組合物使得可以與烷基硫酸鹽和烷基醚硫酸鹽混合物相比不需要過量消耗以獲得相當?shù)闹亓繙p少。實施例3說明了優(yōu)選使用的表面活性劑組合物。
為了評估石膏板機械性能，從取自板的5×5cm2樣板測定壓縮強度。芯部的布氏硬度和屈服載荷(三點彎曲測試)根據(jù)NF標準P 72-302測定。
芯部硬度和沖壓強度(拔釘測試)根據(jù)ASTM標準C473方法B測定。
獲得的結果顯示，使用根據(jù)現(xiàn)有技術的表面活性劑組合物(實施例6)，當芯密度相當時，獲得的機械性能要差于根據(jù)本發(fā)明的方法所獲得的。
根據(jù)實施例5的組合物獲得的性能對應于具有較高芯密度的板。
因此，在令人滿意的機械性能上，優(yōu)選實施過程對應于造成重量最顯著減少的那種。這些測試的結果記錄于下表2。
表2
*對比實施例此外，制備的石膏板的性能還表現(xiàn)在特等紙板與芯部之間粘合的測試。測試包含撕離特等紙板和評估特等紙板從芯部脫離的百分數(shù)。干燥粘合測試在干燥板上進行。2小時后潮濕粘合測試在90％濕度受控氣氛中30℃下再增濕2小時后進行。結果記錄于下表1。
表3
*對比實施例結果表明根據(jù)本發(fā)明的組合物在粘合性上的優(yōu)越性，無論是干燥粘合還是2小時后潮濕粘合，特別是相對于包括烷基醚硫酸鹽的表面活性劑。
權利要求
1.制作芯密度低于0.77的石膏板的方法，其包括以下步驟—從水和含有至少一種通式為H(CH2)nOSO3-M+的烷基硫酸鹽的表面活性劑形成泡沫，其中n的數(shù)值為6-16，M是單價陽離子，碳原子的平均數(shù)目nm為9-10，和—把獲得的泡沫加入熟石膏漿料中，其特征在于加入的表面活性劑的量不超過0.32g/L熟石膏漿料。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述表面活性劑的消耗量少于0.24g/L熟石膏漿料。
3.根據(jù)前述權利要求任一項所述的方法，其中制得的石膏板的壓縮強度大于2MPa。
4.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其中所述表面活性劑包括5-60wt％十二烷基硫酸鹽。
5.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其中所述表面活性劑包括40-95wt％癸基硫酸鹽。
6.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其中所述表面活性劑包括5-60wt％辛基硫酸鹽。
7.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其中所述M選自鈉、鉀、鎂和銨。
8.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其中所述表面活性劑包括5-25wt％辛基硫酸鈉和75-95wt％癸基硫酸鈉。
9.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其中所述表面活性劑包括5-15wt％辛基硫酸鈉和85-95wt％癸基硫酸鈉。
10.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其中所述表面活性劑還包括多價螯合劑。
11.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其中所述表面活性劑還包括水溶助長劑。
12.表面活性劑在減輕石膏板上的用途，所述表面活性劑由至少一種通式為H(CH2)nOSO3-M+的烷基硫酸鹽組成，其中n的數(shù)值為6-16，M是單價陽離子，碳原子的平均數(shù)目nm為9-10，其所使用的量少于0.32g/l熟石膏漿料。
13.根據(jù)前述權利要求所述的用途，其中所述石膏板的芯密度低于0.77。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)芯密度低于0.77的石膏板的方法，其包括以下幾個步驟由水和含有至少一種通式為H(CH
文檔編號C04B24/00GK1494518SQ02805937
公開日2004年5月5日 申請日期2002年3月5日 優(yōu)先權日2001年3月6日
發(fā)明者D·馬丁, R·加爾桑, , D 馬丁 申請人:拉法基石膏公司