專(zhuān)利名稱(chēng)：石膏墻板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明廣泛地涉及石膏板材料的生產(chǎn)，更特指高強(qiáng)度石膏墻板的生產(chǎn)和應(yīng)用。相關(guān)技術(shù)的描述現(xiàn)在構(gòu)筑墻面和擋板最常用的方法之一是包括使用無(wú)機(jī)墻板板材或片材，諸如石膏墻板，經(jīng)常簡(jiǎn)單地稱(chēng)之為“墻板”或“干砌墻”。墻板能夠按配方制造以用作內(nèi)用、外用和濕法應(yīng)用。與通常的濕法石膏涂抹方法不同，使用墻板經(jīng)常是所希望的，因?yàn)閴Π宓陌惭b比通常的石膏涂抹墻的安裝成本更低。
一般而言，墻板通常由兩個(gè)大面板紙板之間封入一個(gè)燒石膏和其它材料的含水漿體芯層而生產(chǎn)。各種面板紙都已為現(xiàn)有技術(shù)所知。在石膏漿體固化(也就是與含水漿體中的水反應(yīng))并干燥后，將板切割成標(biāo)準(zhǔn)尺寸。生產(chǎn)石膏墻板的方法被描述在，例如，Kirk-Othmer化學(xué)技術(shù)百科全書(shū)(第二版，1970，21卷，621-24頁(yè))中，其公開(kāi)內(nèi)容在此引入本文作為參考。
石膏墻板板材制造的墻面或天花板通常是通過(guò)，例如用釘或螺栓將墻板板材固定到結(jié)構(gòu)件上來(lái)構(gòu)筑的，例如是垂直或水平方向的諸如“板墻筋(studs)”的鋼或木制件。因?yàn)閴Π逡话闶前礃?biāo)準(zhǔn)尺寸的片材或板材供應(yīng)，當(dāng)由片材構(gòu)造一墻面時(shí)，通常在相鄰的片材之間就會(huì)有一些連接點(diǎn)。在大多數(shù)墻板的構(gòu)筑中，這些連接點(diǎn)是由一種被稱(chēng)為連接化合物的粘結(jié)材料填充和涂覆，從而使得墻面有與在通常的濕法石膏涂抹方法中所得到的相類(lèi)似的光滑成品。
石膏墻板在商業(yè)上典型地由如下方法制造，該方法能夠在連續(xù)高速條件下運(yùn)作。燒石膏和其它成份的含水漿體在兩個(gè)連續(xù)傳送的移動(dòng)紙面板片材之間連續(xù)沉積以形成一個(gè)芯層。在兩個(gè)紙面板片材間形成芯層的燒石膏然后被固化。連續(xù)生產(chǎn)的板被切割成所需長(zhǎng)度的板(例如八英尺)，然后通過(guò)干燥爐，剩余的水分在此被除去，石膏達(dá)到最后的干燥狀態(tài)。在芯層固化并干燥后，該夾心板成為一種高強(qiáng)、堅(jiān)硬、耐火的建筑材料。
石膏墻板芯層的一個(gè)主要成份是硫酸鈣半水合物，通常稱(chēng)之為“灰泥(stucco)”或“熟石膏”?；夷嗤ǔＪ怯筛稍?、磨碎和煅燒天然石膏巖而制造成的?；夷嘀圃爝^(guò)程中的干燥步驟包括讓原始的石膏巖通過(guò)旋轉(zhuǎn)的干燥爐以除去任何多余的水分，例如是因?yàn)橄掠昊蜓┒e累在巖石中的。干燥過(guò)的石膏巖接著通過(guò)一滾筒磨(粉磨機(jī)的一種)，在其中巖石被粉磨成所需要的細(xì)度。干燥的、磨碎的石膏能夠被稱(chēng)為“石膏粉(land plaster)”。
煅燒的步驟由加熱磨碎的石膏巖進(jìn)行，且由下列方程式表示這個(gè)化學(xué)方程式顯示了硫酸鈣二水化合物加上熱量產(chǎn)生了硫酸鈣半水合物與水蒸汽。這個(gè)過(guò)程是在一煅燒器中進(jìn)行的，其中幾種煅燒器類(lèi)型已為現(xiàn)有技術(shù)所知。
未煅燒的硫酸鈣(石膏粉)是石膏的穩(wěn)定形式。然而燒石膏或灰泥具有與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可貴特性，當(dāng)兩種物質(zhì)混合在一起后將固化得相當(dāng)快。這個(gè)固化反應(yīng)實(shí)際上是上述在煅燒過(guò)程中的逆過(guò)程。該反應(yīng)按下列方程式進(jìn)行。
在這個(gè)反應(yīng)中，硫酸鈣半水合物在相當(dāng)短的時(shí)間段內(nèi)被再水合為它的二水合狀態(tài)，這個(gè)固化反應(yīng)所要求的實(shí)際時(shí)間通常依賴(lài)于所用煅燒器的類(lèi)別和所用石膏巖的類(lèi)型，且通過(guò)使用添加劑，諸如促進(jìn)劑或阻滯劑而在一定限度內(nèi)可加以控制。
因?yàn)楦咧亓渴鄩Π逶诒举|(zhì)上通常是不必要的或不希望有的，各種想法都試圖降低板重和密度且不犧牲強(qiáng)度。重的石膏墻板比更輕板成本更高且更難于生產(chǎn)。此外，與輕質(zhì)板比較起來(lái)，重板成本更高且更難于運(yùn)輸、儲(chǔ)存和現(xiàn)場(chǎng)手工安裝。
為了提供令人滿意的強(qiáng)度，商業(yè)上已有的石膏墻板通常要求半英寸厚的板大約為1700磅(約為772公斤)每1000平方英尺的密度，制造更低密度的墻板是可能的，例如通過(guò)包含輕質(zhì)填料和泡沫，然而通常如果墻板被制造成半英寸厚的板低于1700磅每1000平方英尺的密度，則其最終的強(qiáng)度對(duì)商業(yè)銷(xiāo)售來(lái)說(shuō)是不可接受的。
因此生產(chǎn)具有比用現(xiàn)己知的方法生產(chǎn)的更低重量和密度的高強(qiáng)石膏墻板是有利的。低重量和低密度板將滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并有與更重板相近或更高的強(qiáng)度。這樣的墻板同樣能夠利用通常的高速生產(chǎn)設(shè)備制造且不具有其它不良副作用。例如，如此高強(qiáng)墻板將能夠在合理的時(shí)間周期內(nèi)固化和干燥。發(fā)明概述本發(fā)明的目的是要克服上述的一個(gè)或多個(gè)困難。
相應(yīng)地，本發(fā)明提供了適合用在建筑材料中的石膏組合物的生產(chǎn)方法，該組合物包括混合的硫酸鈣半水合物、水和增強(qiáng)劑。該增強(qiáng)劑包括了一種丙烯酸聚合物乳液。該丙烯酸聚合物將有約15℃或更高，優(yōu)選約15℃到約60℃的范圍，更優(yōu)選約20℃到約60℃范圍，最優(yōu)選約35℃到約60℃的范圍的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。優(yōu)選地，丙烯酸聚合物乳液對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子本質(zhì)上是穩(wěn)定的。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，硫酸鈣半水合物、水和增強(qiáng)劑被結(jié)合以產(chǎn)生一種漿體形式的芯層組合物。如上所述，增強(qiáng)劑是一種具有約15℃或更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的丙烯酸聚合物乳液，下面將有詳細(xì)描述。通常的墻板芯層成份也可包括。芯層組合物在兩個(gè)紙面片材之間沉積，并能固化形成墻板產(chǎn)品。
本發(fā)明可供實(shí)質(zhì)上重量減低而仍然具有良好的強(qiáng)度特性的墻板產(chǎn)品的生產(chǎn)。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)勢(shì)對(duì)本領(lǐng)域熟練人員來(lái)說(shuō)從下面的詳細(xì)描述并結(jié)合所附的權(quán)利要求將是明顯的。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明，提供了各種芯層組合物，該組合物包括適合用在石膏墻板板材生產(chǎn)的丙烯酸聚合物乳液形式的增強(qiáng)劑。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種通過(guò)使用前述的芯層組合物而具有高的強(qiáng)度重量比的石膏墻板的制備和使用方法。
制造本發(fā)明的芯層組合物和墻板的優(yōu)選方法首先包括干燥組份在混合設(shè)備中的預(yù)混。干組份可以包含硫酸鈣半水合物(灰泥)，一種促進(jìn)劑和一種抗干燥劑(例如淀粉)，下面有更詳細(xì)的描述。
干組份與芯層組合物中的“濕”(含水)組份在針形混合器中混合在一起。該組份可能包含第一種成份(被稱(chēng)為“紙漿溶液”)，第一種成份包括水、紙漿和選擇性地含有流動(dòng)性增強(qiáng)劑。固化阻滯劑也可包括在內(nèi)。紙漿溶液提供形成芯層組合物的石膏漿體的大部分水。第二濕組份優(yōu)選地包含前述的增強(qiáng)劑，泡沫和其它常用添加劑的混合物(如果需要的話)。
所生產(chǎn)的芯層組合物漿體沉積在紙面板之間而形成一個(gè)夾層結(jié)構(gòu)。芯層組合物可以硬化或固化，從而硫酸鈣半水合物轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徕}二水合物。此后，在形成硫酸鈣二水合物的反應(yīng)中未消耗的過(guò)量的水被干燥除去。(優(yōu)選地包含過(guò)量的水以降低生產(chǎn)過(guò)程中漿體的粘度)。
固化反應(yīng)產(chǎn)生了石膏晶體，晶體相互交織有助于墻板芯層的強(qiáng)度。晶體一晶體的相互作用對(duì)石膏墻板產(chǎn)品的最終強(qiáng)度是重要的。本發(fā)明的方法能夠生產(chǎn)具有比現(xiàn)有墻板增加的晶體一晶體相互作用的墻板。
石膏晶體同樣優(yōu)選地與從表面或蓋面紙板中伸出的紙纖維交織，因此將紙板與芯層粘結(jié)起來(lái)。這種粘結(jié)或相互作用同樣增加了墻板產(chǎn)品的強(qiáng)度。本發(fā)明的混合物同樣優(yōu)選地生產(chǎn)具有增強(qiáng)的紙板對(duì)芯層粘結(jié)的墻板。
本發(fā)明的方法在生產(chǎn)能夠滿足工業(yè)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的墻板的同時(shí)允許板重量和密度的實(shí)質(zhì)性的降低。僅舉一個(gè)例子，本發(fā)明的方法能夠生產(chǎn)約1480磅每1000平方英尺重的高強(qiáng)度墻板(基于半英寸厚的板)，在一些情況下甚至更低。
本發(fā)明的墻板芯層組合物的優(yōu)選成份現(xiàn)將更詳細(xì)地描述。墻板芯層組合物的第一成份是硫酸鈣半水合物或灰泥(CaSO4.1/2H2O)、硫酸鈣半水合物能夠由上述的方法生產(chǎn)。硫酸鈣在Kirk-Othmer“化學(xué)技術(shù)百科全書(shū)”，第四版，卷4，812-26頁(yè)有記述，其公開(kāi)內(nèi)容在此引入本文作為參考。
正如本領(lǐng)域熟練人員所知，存在兩種類(lèi)型的硫酸鈣半水合物，α-半水合物和β-半水合物。這兩種形式典型地由不同類(lèi)型的煅燒工藝生產(chǎn)而成，結(jié)構(gòu)上也有一定程度的不同。硫酸鈣半水合物的任一類(lèi)型都適用于本發(fā)明。
其它干組份優(yōu)選地包含于芯層組合物中，包括在一定范圍內(nèi)能夠用作控制晶體增長(zhǎng)速率和灰泥固化時(shí)間的促進(jìn)劑。合適的促進(jìn)劑的例子包括球磨促進(jìn)劑(“BMA”)和硫酸鉀，盡管許多其它的物質(zhì)也為本領(lǐng)域熟練人員所知。在一些情況下，由于一些增強(qiáng)劑的阻滯效應(yīng)，本發(fā)明可能需要增加促進(jìn)劑的量。
為了防止在芯層組合物固化期間硫酸鈣二水合物晶體的脫水，一抗干燥劑諸如淀粉同樣包含在內(nèi)。在一些產(chǎn)品中，可以包含輕質(zhì)的填料粒子(例如膨脹珍珠巖或蛭石)。
一種含水漿體或紙漿溶液也包含在芯層組合物中。紙漿溶液包括水和紙纖維(紙漿)組成，也可以包括阻滯劑，玉米淀粉和或鉀堿。阻滯劑與前述的促進(jìn)劑結(jié)合使用以便調(diào)節(jié)芯層組合物的固化時(shí)間。在本發(fā)明中阻滯劑典型地是以非常低的含量使用(在如果真的要使用的話)例如基于芯層組合物重量的約0.0007wt％。
紙漿溶液也可以包含許多添加劑的一種或多種，這些添加劑增加漿體的流動(dòng)性和/或降低漿體對(duì)水的需要量。用作流動(dòng)性增強(qiáng)劑和/或降水劑的材料包括“木素磺酸鹽(Lignosulfonates)”，它在商業(yè)上可以液態(tài)或粉末形式獲得。以液體形式供應(yīng)的試劑既可引入到紙漿溶液中或直接添加到混合過(guò)程中。
漿體溶液可以通過(guò)在摻合裝置中將上述組份與水摻合或混合而制成。另一種情況是，一種高濃度的漿液僅使用少量的水就能制造。在這種情況下，芯層組合物的其余部分水需求將由另外的水源予以補(bǔ)償。上述的再水合反應(yīng)的過(guò)量水是優(yōu)選地被包含以便提供令人滿意的芯層組合物的可流動(dòng)性。典型地，大約每100重量份灰泥使用75重量份水。優(yōu)選地，高剪切混合“漿體”而形成均相溶液或漿體材料。紙漿溶液能夠被轉(zhuǎn)移到一個(gè)收集容器中，從該容器中紙漿溶液能夠連續(xù)地添加于芯層組合物混合體中。紙漿溶液中的紙纖維用作提高石膏墻板的柔韌性。不含纖維的石膏墻板典型地非常脆的且在搬運(yùn)過(guò)程中更易開(kāi)裂。紙纖維也有助于制造過(guò)程中干燥的均勻性以及提高在安裝過(guò)程中最終墻板產(chǎn)品的接收和夾持銷(xiāo)釘?shù)哪芰Α?br> 如上所述，芯層組合物的濕部分也優(yōu)選地包括混有泡沫和增強(qiáng)劑的組份。
通過(guò)使用泡沫材料將空氣孔隙引入芯層中，該泡沫材料含有很少量的固體材料，但其有足夠的彈性防止在混合過(guò)程中的實(shí)質(zhì)性破壞。在這種方式下，芯層的密度能夠被控制。已知的起泡劑可以液體或薄片狀(研成粉末的)形式供應(yīng)，并且可由現(xiàn)有技術(shù)已知的肥皂生產(chǎn)。
本發(fā)明的增強(qiáng)劑優(yōu)選地包含且可以基本上由如下所述的有一定優(yōu)選性能的丙烯酸聚合物乳液所組成。當(dāng)添加到石膏墻板芯層組合物中時(shí)，丙烯酸聚合物乳液能夠明顯提高芯層強(qiáng)度、紙板與芯層的粘結(jié)和其它物理性能。結(jié)果，當(dāng)仍然保持所要求的板物理性能時(shí)，板密度可降低。
雖然本發(fā)明不受任何特別的機(jī)理限制并且達(dá)到本發(fā)明結(jié)果的機(jī)理目前還不完全清楚，據(jù)信丙烯酸聚合物沉積在硫酸鈣二水合物晶體之間的接觸區(qū)和該晶體與芯層-紙板界面上的紙纖維之間。該聚合物增強(qiáng)了相接觸的兩種成份之間的粘結(jié)強(qiáng)度并把它們“焊接”到一起從而提供比沒(méi)有丙烯酸聚合物所能達(dá)到的更高的強(qiáng)度。
選擇丙烯酸聚合物乳液的一個(gè)重要因素是該丙烯酸乳液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或“Tg”。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是無(wú)定形材料從脆性的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)的溫度。許多聚合物諸如丙烯酸和它們的衍生物都存在這個(gè)轉(zhuǎn)變點(diǎn)，在一些情況下，這個(gè)轉(zhuǎn)變點(diǎn)可能相關(guān)于它們酯基基團(tuán)中碳原子的數(shù)目。
聚合物乳液將有約為15℃或更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、優(yōu)選約15℃到約60℃的范圍、更優(yōu)選約20℃到約60℃的范圍、最優(yōu)選是約35℃到約60℃的范圍。
己發(fā)現(xiàn)，有Tg值實(shí)質(zhì)上低于約15℃的聚合物乳液不必要地提供了一個(gè)能在蒸發(fā)平面上形成水蒸汽傳送屏障的芯層。蒸發(fā)平面是一個(gè)在芯層表面或之下的地方，在此吸取的水在干燥過(guò)程中又蒸發(fā)，如果聚合物形成了一個(gè)阻止在石膏墻板中的水在合理的時(shí)間周期內(nèi)蒸發(fā)的薄膜，則水分傳送屏障就形成了。如此一個(gè)薄膜將實(shí)質(zhì)上使得干燥石膏墻板更困難，引起干燥過(guò)程消耗更多的能量和更高的成本。因此，不希望在墻板芯中形成一薄膜。本發(fā)明因此允許使用商業(yè)生產(chǎn)儀器和設(shè)備。
在石膏墻板生產(chǎn)過(guò)程中所遇到的含水硫酸鈣環(huán)境中，一些丙烯酸聚合物乳液比其它的更穩(wěn)定。因?yàn)楹疂{體中的二價(jià)鈣離子對(duì)一些聚合物乳液的性能產(chǎn)生負(fù)面影響，聚合物乳液將被配制為對(duì)鈣離子穩(wěn)定的配方。
僅舉例來(lái)說(shuō)，丙烯酸聚合物可有約300,000到約700,000的分子量，雖然這個(gè)范圍被認(rèn)為是可變的。其它分子量的丙烯酸聚合物對(duì)本發(fā)明是有用的。丙烯酸能夠被交聯(lián)或非交聯(lián)。
使用于本發(fā)明的聚合物優(yōu)選地用氫氧化鈉(NaOH)或其它不揮發(fā)中和劑中和，且更優(yōu)選地用基本上由不揮發(fā)性中和劑組成的試劑中和。優(yōu)選不將氫氧化氨以任何實(shí)際含量包括在丙烯酸聚合物的中性劑中，因?yàn)槠鋵?shí)際含量對(duì)產(chǎn)品可能產(chǎn)生不良影響。最優(yōu)選地，中和劑實(shí)質(zhì)上不含銨鹽或其它來(lái)源的氨。
適合于使用在本發(fā)明中的各種丙烯酸乳液是在商業(yè)上可獲得的。例如，合適的聚合物乳液可從賓西法尼亞州費(fèi)城的Rohm & HaasCo.獲得，其商品名為Rhoplex(例如Rhoplex 55-521，Rhoplex E-2409和Rhoplex B-1162)。其它Rhoplex系列的聚合物乳液已被Rohm & Haas Co.標(biāo)示為RG2718，RG2719，RG2721和KAK 1868。其它合適的聚合物乳液可從密執(zhí)安州米德蘭的道氏化學(xué)公司(DowChemical Co.)獲得。
聚合物乳液能夠包括約20到80wt％的丙烯酸聚合物，約20到80wt％的水，約0.3wt％或更少的氨水和少于約0.1wt％的殘余單體。乳液有約2.1到約11.0的PH值和約1.0到約1.2范圍內(nèi)的比重。
本發(fā)明的增強(qiáng)劑基于最終產(chǎn)物中再水合的石膏的重量，優(yōu)選地被包含約0.25到約2.5wt％固體，更優(yōu)選地包括約0.5到約2.0wt％固體，最優(yōu)選包括約0.5到約1.0wt％固體。
石膏墻板除了用在建筑外墻和天花板外，能被用于濕法應(yīng)用和外用。在外套和防濕板芯的生產(chǎn)中，各種材料能被加入到芯層中以增強(qiáng)板的抗吸水性。有用的材料包括硅酮防水劑，蠟和瀝青乳液。這些材料典型地以水乳液的形式供應(yīng)以更易于加入到板芯中。這些材料能直接添加到混合設(shè)備中或在添加到混合設(shè)備之前加入到紙漿溶液中。
在墻板中使用成份的總范圍(不包括增強(qiáng)劑)顯示在下表I，連同兩個(gè)樣品配方。
表I
為了顯示本發(fā)明的優(yōu)越結(jié)果，進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。測(cè)試墻板產(chǎn)品的強(qiáng)度的方式之一是按照ASTM C473“石膏產(chǎn)品的物理測(cè)試”(其公開(kāi)內(nèi)容特此引入本文作為參考)進(jìn)行的釘拉拔測(cè)試，為了生產(chǎn)一個(gè)令人滿意〔例如是“合格”〕的產(chǎn)品，正如在ASTM C36石膏墻板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格所提供的，這個(gè)試驗(yàn)要求80磅(力)的最小拉拔力。。
通常地，各種石膏墻板對(duì)照試樣是由不使用聚合物乳液或使用具有超出本發(fā)明范圍的Tg的聚合物乳液制成的(例如表II的“對(duì)照試樣2”和“對(duì)照試樣4”)。根據(jù)本發(fā)明使用具有約15℃或更高的Tg值的聚合物乳液制造石膏墻板(例如表II的發(fā)明C、A、F和D)。
表II概括了能由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的降低的板重量，與由對(duì)照試樣板得到的重量比較，正如通過(guò)含有基于再水合石膏重量的1wt％聚合物的測(cè)試顯示。板重或密度是通過(guò)半英寸厚的板每1000平方英尺表示。(為了清晰的緣故，對(duì)照或?qū)Ρ鹊木酆衔锶橐汉桶逵蓴?shù)字表示，而本發(fā)明的這些如表III所用的字母表示)。
表II-總結(jié)<
>如上所示，對(duì)照試樣板能夠達(dá)到令人滿意的釘拉拔結(jié)果(80磅的力)需要具有半英寸厚的板1700磅每1000平方英尺的最小板重。相反，根據(jù)本發(fā)明制造的板能夠達(dá)到80磅的力的釘拉拔試驗(yàn)，最小板重從1660磅/1000平方英尺(“發(fā)明C”)降到低至1480磅/1000平方英尺(“發(fā)明D”)。因此，可以看出本發(fā)明能夠提供比不使用聚合物添加劑或使用超過(guò)本發(fā)明范圍的聚合物有增高的強(qiáng)度重量比率的墻板。
對(duì)比測(cè)試將更詳細(xì)地描述在下面。表III描述了幾個(gè)優(yōu)選的在本發(fā)明測(cè)試中使用的聚合物乳液的性能，以及連同它們的商品名。測(cè)試步驟接下來(lái)將加以描述。
表III
<p>實(shí)驗(yàn)I〔RC-6994〕在實(shí)驗(yàn)I中，包括聚合物乳液的A，B或C描述在表III中的墻板與不使用聚合物處理或用超出本發(fā)明范圍的聚合物處理的對(duì)照試樣板比較。
所有被測(cè)試的板用根據(jù)表I的通用配方(類(lèi)似于商業(yè)配方)的芯層配方制造，并包括灰泥、淀粉、紙漿、水和泡沫。該配方能夠包括促進(jìn)劑和阻滯劑。聚合物與紙漿水或與泡沫溶液一起添加。制成的芯層組合物被澆鑄在紙質(zhì)“信封”中，該“信封”代表商業(yè)紙面片材以形成樣品“板”。在板被澆鑄后，它們?cè)谀M商用3區(qū)程序控溫的板干燥爐中干燥，直至基本上全部干燥為止。干燥在109°F的爐內(nèi)完成。這個(gè)干燥步驟確保干燥過(guò)程不會(huì)引起可能影響測(cè)試的表面燒結(jié)。
制成的板接著進(jìn)行各種強(qiáng)度性能測(cè)試。釘拉拔值根據(jù)上述的ASTM測(cè)試方法加以測(cè)定。釘拉拔力從10個(gè)單獨(dú)的釘拉拔中最高的6個(gè)得到。另外，每個(gè)板芯強(qiáng)度被測(cè)試以得到一受壓值(“Core P.S.I)。下面提供的是在本領(lǐng)域熟練人員已知的通用測(cè)試機(jī)上測(cè)試的4個(gè)受壓值的平均值。
此外，每塊板進(jìn)行了兩個(gè)測(cè)試以測(cè)量“90°拉拔力”。90°拉拔力試驗(yàn)測(cè)試紙、紙對(duì)芯層的粘結(jié)、芯強(qiáng)度在或接近紙-芯層界面上的相對(duì)強(qiáng)度。第一拉拔力測(cè)試(“P.F.@70/50”)，每塊板首先要求在70°F(21.1℃)和50％相對(duì)濕度環(huán)境中放置24小時(shí)。使用工具刀將板的紙表面按強(qiáng)度高的方向沿紙邊緣切成1英寸寬、4英寸長(zhǎng)的條。第二刀切在距芯層末端1/16英寸、深及紙-芯界面1/4英寸，這就在板的末端形成了1/4英寸×1英寸的薄片，該薄片被彎曲固定在拉拔儀器上。
薄片的一邊緣仍然附在板上，一夾具固定在表面紙板薄片上。一儀器被用于在薄片上以90°角度拉起板直到薄片破壞(也就是直接向上或垂直地)。在破壞點(diǎn)時(shí)所施加的力按盎司記錄?！鞍俜终辰Y(jié)數(shù)”(或“％粘結(jié)數(shù)”)可直觀地由每一個(gè)90°拉拔力實(shí)驗(yàn)獲得，且是每個(gè)測(cè)試后保留的粘結(jié)量的估計(jì)值。
第二拉拔力測(cè)試(“P.F@90/90”)在相同的方式下進(jìn)行，除了每個(gè)板首先要求在試驗(yàn)進(jìn)行前在90°F(32.2℃)和90％相對(duì)濕度環(huán)境放置2小時(shí)。
拉拔力和百分粘結(jié)數(shù)結(jié)果是八個(gè)單獨(dú)測(cè)試值和板的正面和反面的兩個(gè)垂直方向的平均值。
每種聚合物用它自己的對(duì)照試樣板分別在“運(yùn)行”的測(cè)試中被測(cè)試。如下所示，數(shù)據(jù)已被標(biāo)準(zhǔn)化以助于在不同板的測(cè)試中進(jìn)行比較(因?yàn)槊看芜\(yùn)行的對(duì)照試樣板沒(méi)有準(zhǔn)確地產(chǎn)生相同的數(shù)據(jù))。對(duì)每次運(yùn)作和每次測(cè)試而言，對(duì)照試樣被分配給一個(gè)100的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字，每個(gè)測(cè)試板的數(shù)字被相應(yīng)調(diào)整。對(duì)所有這些測(cè)試，更高值表示強(qiáng)度更高的產(chǎn)品。
下表描述了每個(gè)板，包括聚合物處理(如果有的話)，聚合物處理的量和比率及測(cè)試結(jié)果。
表IV
<p>從表IV中的數(shù)據(jù)可以看出，使用本發(fā)明處理的板特別地優(yōu)越于對(duì)照試樣板(也就是，對(duì)照試樣板包括沒(méi)有聚合物處理或由-8℃或更低的Tg的聚合物處理的)。
原始數(shù)據(jù)(也就是非標(biāo)準(zhǔn)化的)的分析(沒(méi)標(biāo)出來(lái))顯示為了達(dá)到令人滿意的釘拉拔試驗(yàn)結(jié)果(也就是如上所述的80磅的力)，對(duì)照試樣板要求大約1700磅每1000平方英尺的板重(對(duì)半英寸厚的板)。相反地，根據(jù)本發(fā)明制造的包括有基于芯層重量的約1％固體含量的聚合物乳液A的板能夠降低板重到約1575磅每1000平方英尺。包含有約的1％固體含量的聚合物乳液B的板能夠降低板重到約1550磅每1000平方英尺。包含有約1％固體含量的聚合物乳液C的板能夠降低板重到約1590磅每1000平方英尺。這個(gè)結(jié)論概括于下表V中。
表V試驗(yàn)I的結(jié)論所含聚合物乳液板重 近似減重百分?jǐn)?shù) 近似減重值無(wú)(對(duì)照試樣) 約為1700 -- --A 15756.5％ 125磅B 15508.8％ 150磅C 150011.8％ 200磅實(shí)驗(yàn)II在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，十塊對(duì)照試樣板沒(méi)經(jīng)任何聚合物處理而制造，如表VI所示。這些對(duì)照試樣板與根據(jù)本發(fā)明制造帶有七種不同的聚合物乳液的幾塊板比較，該聚合物乳液基于再水合石膏的重量以所述的比率添加。所用的聚合物乳液處理描述在上面的表III中。
如同實(shí)驗(yàn)I，制成的板然后通過(guò)釘拉拔、芯層受壓強(qiáng)度、90°拉拔力和在70°F/50％相對(duì)濕度的粘結(jié)百分?jǐn)?shù)以及90°拉拔力和在90°F/90％相對(duì)濕度的粘結(jié)百分?jǐn)?shù)來(lái)進(jìn)行測(cè)定。這些實(shí)驗(yàn)按照上述方法進(jìn)行。結(jié)果列于下表VI到XIII中。其中板重是半英寸厚的板每1000平方英尺的重量。(數(shù)據(jù)未被標(biāo)準(zhǔn)化)。
表VI無(wú)聚合物對(duì)照試樣
表VII 1wt％的聚合物D
表VIII 1wt％的聚合物E
<p>表IX 1wt％的聚合物F
<p>表X 1wt％的聚合物G
表XI 1wt％的聚合物H
<p>表XII 1wt％的聚合物I
<p>表XIII 1wt％的聚合物J
<p>為了計(jì)算使用在基于再水合石膏1wt％的特定聚合物乳液所要達(dá)到各種釘拉拔力的板重量，一回歸分析統(tǒng)計(jì)線根據(jù)板重量和釘拉拔測(cè)試數(shù)據(jù)而求得。這些結(jié)果是顯示在下表XIV中。此外，達(dá)到各個(gè)釘拉拔力所需的板重基于測(cè)試期間得到所有數(shù)據(jù)被計(jì)算出來(lái)，這些結(jié)果顯示在下表XV中。
表XIV-達(dá)到各種釘拉拔力所需要的板重(僅基于釘拉拔數(shù)據(jù))
表XV達(dá)到各種釘拉拔力所需要的板重(基于所有數(shù)據(jù))
<p>因此，已發(fā)現(xiàn)當(dāng)本發(fā)明的丙烯酸聚合物乳液被加到一可固化的石膏墻板芯層組合物中時(shí)，該固化芯(a)有明顯增高的內(nèi)部強(qiáng)度；(b)明顯增高的紙對(duì)芯的粘結(jié)力，正如上述數(shù)據(jù)所顯示的。結(jié)果，板密度能夠降低而仍然保持板所要求的物理性能。在一些情況下，板重能被減低到半英寸厚的板1480磅每1000平方英尺。墻板產(chǎn)品的其它性能也得益于本發(fā)明方法的使用，包括橫向載荷強(qiáng)度、耐熔垂性和芯層拉伸強(qiáng)度。另外，本發(fā)明方法可以在一定的時(shí)間周期內(nèi)有效地提供這些強(qiáng)度。
前面的詳細(xì)描述僅僅為了理解上的清晰性而給出，不應(yīng)由此理解為受其的限制，因?yàn)樵诒景l(fā)明的范圍內(nèi)的改進(jìn)對(duì)本領(lǐng)域的熟練人員而言是顯而易見(jiàn)的。例如，芯層組合物各組份混合的順序能夠改變而對(duì)制成的墻板的性能沒(méi)有不良影響。
權(quán)利要求
1.一種適合在建筑材料的制造中使用的組合物，包括(a)硫酸鈣半水合物；(b)供形成包含該硫酸鈣半水合物的漿體的足量的水；以及(c)一種具有約15℃或更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的丙烯酸聚合物乳液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在約20℃到約60℃的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在約35℃到約60℃的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為35℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為60℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述聚合物乳液對(duì)二價(jià)離子本質(zhì)上是穩(wěn)定的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中基于再水合化的硫酸鈣半水合物的量含有約1.0到約2.0wt％的所述聚合物乳液。
8.一種生產(chǎn)適合用于制造建筑材料的組合物的方法，包括如下步驟(a)形成一種包含水、硫酸鈣半水合物和一丙烯酸聚合物乳液的漿體，以及(b)混合該漿體；其中所述的丙烯酸聚合物乳液有約15℃或更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在約35℃到約60℃的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為35℃。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為60℃。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中該聚合物乳液對(duì)二價(jià)離子本質(zhì)上是穩(wěn)定的。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中基于再水合化的硫酸鈣半水合物的量，含有約1.0到約2.0wt％的所述聚合物乳液。
14.一種墻板板材，包括(a)第一面層片材和第二面層片材；和(b)放置在所述面層片材之間的芯層，該芯層包含硫酸鈣二水合物和一丙烯酸聚合物乳液，該乳液具有約15℃或更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的墻板板材，其中所述板材具有(a)半英寸厚的板小于1600磅每1000平方英尺的密度，和(b)釘拉拔力至少約為80磅(力)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的墻板板材，其中該板材(a)有半英寸厚的板少于1500磅每1000平方英尺的密度，和(b)釘拉拔力至少約為80磅(力)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的墻板板材，其中該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在約20℃到約60℃的范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的墻板板材，其中該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在約35℃到約60℃的范圍內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的墻板板材，其中該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為35℃。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的墻板板材，其中該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為60℃。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的墻板板材，其中基于再水合化的硫酸鈣半水合物的量，含有約1.0到2.0wt％的所述聚合物乳液。
22.一種生產(chǎn)墻板的方法，包括如下步驟(a)形成包含水、硫酸鈣半水合物和丙烯酸聚合物乳液的漿體，該聚合物乳液有約15℃或更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；(b)混合該漿體；以及(c)將該漿體沉積在面層片材上。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在約15℃到約60℃的范圍內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中該聚合物乳液對(duì)二價(jià)離子本質(zhì)上是穩(wěn)定的。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中基于再水合化的硫酸鈣半水合物的量，含有約1.0到約2.0wt％的所述聚合物乳液。
26.按照權(quán)利要求22的方法制造的墻板。
全文摘要
本發(fā)明涉及高強(qiáng)石膏墻板的制備和使用的方法以及適合在其中使用的芯層組合物。該芯層組合物包括硫酸鈣二水化合物(灰泥),水和增強(qiáng)劑的漿體,該增強(qiáng)劑包括一種具有約15℃或更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度且優(yōu)選具有好的二價(jià)離子穩(wěn)定性的丙烯酸聚合物乳液。本方法提供了一種具有增高的芯層強(qiáng)度、紙板對(duì)芯層粘結(jié)力和強(qiáng)度重量比的墻板。
文檔編號(hào)C04B24/26GK1244185SQ97181292
公開(kāi)日2000年2月9日 申請(qǐng)日期1997年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月7日
發(fā)明者W·羅伊·布爾克, 拉里·W·金斯頓 申請(qǐng)人:國(guó)民石膏公司