專利名稱：膨脹珍珠巖退火工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對一種減少膨脹珍珠巖的水需求的方法。更具體地，它涉及在 一定條件下退火膨脹珍珠巖以減少其水?dāng)z取，降低墻板、天花板、水泥板等
的重量。幾種優(yōu)選的填料，例如珍珠巖和蛭石，當(dāng)加熱至700。F-2000。F之 間時膨脹，產(chǎn)生一種重量非常輕的輕蓬松物質(zhì)。
背景技術(shù)：
輕質(zhì)填料通常在建筑材料中使用以降低產(chǎn)品重量。珍珠巖是平均密度約 75 lbs/ft3的非晶體鋁硅酸鹽。它含有少量的水。當(dāng)珍珠巖被迅速加熱時，水 轉(zhuǎn)化為蒸汽并且由此產(chǎn)生的膨脹使珍珠巖像爆米花一樣"砰地爆裂"以產(chǎn)生一 種密度為未膨脹物質(zhì)的約十分之一的輕質(zhì)材料。膨脹之后，表面為包含大量 裂縫和縫隙的大表面面積。
當(dāng)膨脹珍珠巖加入到煅燒石膏漿體或其它建筑材料中時，膨脹珍珠巖的 這種性質(zhì)變得很重要。需要大量的水來潤濕表面，因?yàn)樵摫砻婷娣e大。由于 毛細(xì)管作用，水還被保持在裂縫和縫隙中。雖然膨脹珍珠巖的高水需求可以 通過添加額外水或化學(xué)分散劑來克服，但這些解決方法沒有一種是完全令人
滿意的o
膨脹珍珠巖在許多石膏應(yīng)用中是有用的，包括吸聲磚和石膏板。石膏 板，包括墻板，是通過制備石膏、添加劑、包括填料、和水的漿體而制成。
吸聲磚(又稱為吸聲板)、天花磚或天花板在建筑行業(yè)中是眾所周知 的，用于提供一種快速安裝、價廉且重量輕的天花板。該磚是由填料和粘結(jié) 劑的漿體，最常見地通過鑄造工藝或制氈工藝制備而成。
在這種漿體的水制氈中，填料、粘合劑和其它成分的分散體在移動、多
孔的支撐物例如Fourdrinier或Oliver墊成型機(jī)上流動以便脫水。該分散體首 先通過重力然后真空吸引手段來脫水。濕基墊(basemat)在加熱的對流干燥箱中干燥，然后干燥的材料被切成所需要的尺寸并可選地涂覆頂部，例如用 油漆，以生產(chǎn)吸聲磚或板。
吸聲板還可以通過例如美國專利No. 1,769,519中所述的濕紙漿模塑或鑄 造工藝制成。含有纖維、填料、著色劑和粘合劑的成型組合物被制備用于塑 造或鑄造磚體。這種混合物被置于用紙或金屬箔覆蓋的合適的托盤上，然后 該組合物被刮平棒或輥?zhàn)庸沃了枰暮穸取Ｈ缓髮⒊錆M紙漿的托盤置于烘 箱內(nèi)以干燥或硬化該組合物。干燥層從托盤中被移除并可以在一個或兩個面 上處理以提供光滑表面，以獲得所需要的厚度并防止彎曲。然后將該薄層切 割成所需尺寸的磚。
非常多孔的填料優(yōu)選用于制造吸聲板，因?yàn)樗鼈兲峁┝己玫奈曅阅堋?終產(chǎn)品還應(yīng)該是輕質(zhì)的，以便降低用于保持吸聲板就位的懸置系統(tǒng)的壓力。 膨脹珍珠巖是優(yōu)選的填充材料，因?yàn)樗峁└叨嗫仔院洼p重量。
膨脹珍珠巖的高多孔性導(dǎo)致水的吸收通過毛細(xì)管作用進(jìn)入孔隙。研究已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)吸聲天花磚分散劑中的水實(shí)質(zhì)上是以兩種模式存在。自由水被定義為 可以被機(jī)械地從裝備中除去的水，包括通過線的排水(有或沒有真空)，和 通過工藝的壓榨部分的排水。結(jié)合水被定義為通過氫鍵結(jié)合或毛細(xì)管作用， 結(jié)合在纖維素纖維或固體部分的其它組分上的水，且不能被機(jī)械地，例如通 過吸引或壓迫除去。這種結(jié)合水可通過加熱基墊以增大水分壓，從該基墊中 除去。然而，加熱基墊和孔隙中保持的全部水是相對昂貴的，尤其當(dāng)考慮化 石燃料的高價格時。保水值(WRV)被定義為結(jié)合水重量占樣品干重量的比 例。
有機(jī)硅化合物的用途是已知的用于處理膨脹珍珠巖以減少基墊中存在的 結(jié)合水的量。在此被納入作為參考的美國專利No. 5，964，934描述了一種吸聲 板，其使用了有機(jī)硅聚合物、硅氧烷、反應(yīng)性硅垸單體和其它硅化合物處理 過的膨脹珍珠巖以減少結(jié)合水。然而，利用有機(jī)硅化合物存在幾個缺點(diǎn)。有 機(jī)硅聚合物是昂貴的。它們花費(fèi)幾乎是其它聚合物四倍的費(fèi)用。還存在與有 機(jī)硅聚合物使用相關(guān)的危險。此外，對板的物理性質(zhì)有不利影響。
過量水易于添加到漿體中以使膨脹珍珠巖更易流動。石膏漿優(yōu)選地包含 煅燒石膏、填料、和剛好足夠的水以形成流動漿。有利的是使用盡可能最少量的水。石膏板成型之后，它被送往干燥爐以便干燥。過量水導(dǎo)致干燥延長 且能量費(fèi)用相應(yīng)增加。
化學(xué)分散劑的使用是不必添加過量水而改善漿體流動性的另一種方式。 本領(lǐng)域已知的很多分散劑，包括萘磺酸鹽、三聚氰胺型分散劑和聚羧酸類。 分散劑在減水方面非常有效，但它們也引入了一些問題。很多分散劑嚴(yán)重地 延遲水硬性材料的凝固。其它能引起固體組分的過量流失或分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明滿足并超越了這些以及其它方面，其涉及一種處理膨脹珍珠巖以 減少珍珠巖的水保持和水需求的方法。更具體地，本發(fā)明是針對一種減少膨 脹珍珠巖的水需求的方法，其包括獲得一以一定角度被支撐的振動篩，和將 膨脹珍珠巖置于該振動篩上。膨脹珍珠巖以一定速率在篩上向燃燒器移動， 該燃燒器加熱膨脹珍珠巖到達(dá)足以將其退火的溫度。然后，該膨脹珍珠巖離 開燃燒器并使其冷卻。
本發(fā)明的另一種實(shí)施方式是針對一種制造石膏產(chǎn)品的方法。該方法包括 通過權(quán)利要求1的方法來退火珍珠巖，然后制備半水合硫酸鈣、添加劑、水 和退火珍珠巖的漿體。將該漿體形成石膏產(chǎn)品的形狀并使其冷卻。該工藝在 制備獲益于輕質(zhì)材料使用的石膏板和吸聲板方面尤其有用。
在制造含石膏漿時，本發(fā)明的退火膨脹珍珠巖具有的優(yōu)點(diǎn)是需要的水比 未處理的膨脹珍珠巖少。工藝設(shè)備的尺寸，包括容器、泵和傳輸設(shè)備可以減 小，因?yàn)闈{體的體積少。
此外，石膏產(chǎn)品，包括墻板和吸聲磚，可用較小量的化學(xué)分散劑制造。 一些分散劑對石膏產(chǎn)品的不良影響是眾所周知的。值得注意地，石膏墻板可 在高速線上制成而沒有明顯的凝固延緩。在刀子上沒有充分凝固的石膏漿具 有生產(chǎn)板的潛力，該板太軟而無法轉(zhuǎn)移到單獨(dú)線以送往干燥爐干燥。
通過減少從干燥爐排除的水量也實(shí)現(xiàn)了成本節(jié)約。石膏產(chǎn)品中較少水的 存在允許較小的水移除能力，從而減少每單位產(chǎn)品的處理時間并增加干燥爐 的生產(chǎn)量。這包括干燥爐中用于干燥的更短時間和/或可利用的更小容量的吸 入系統(tǒng)。干燥時間量的減少也減少了需要干燥該產(chǎn)品的能源量并由此產(chǎn)生成 本節(jié)約。處理時間的總體減少還能用于增加總體的生產(chǎn)能力。如果產(chǎn)品是鑄造的，能產(chǎn)生較強(qiáng)的產(chǎn)品。在所有的水被產(chǎn)品吸收的情況 下，當(dāng)石膏晶體的基質(zhì)是在較大體積上形成，則產(chǎn)生較弱的產(chǎn)品。
附圖
詳細(xì)說明
圖l是用于退火膨脹珍珠巖的裝置的一種實(shí)施方式的透視圖；和 圖2是制備石膏產(chǎn)品的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
本方法減少膨脹珍珠巖的水需求，使得不管分散劑還是過量水都不必添 加到產(chǎn)品漿體中。起始材料膨脹珍珠巖可制備或者商業(yè)購買。珍珠巖的一個 商業(yè)來源是Silbrico公司(伊利諾斯州，霍治金斯)。
珍珠巖通常包括加熱時具有膨脹能力的任意玻璃巖，與黑曜石類似，尤 其包括流紋巖成分的火山玻璃。珍珠巖通常含有65-75%的硅土、 10-20%的氧 化鋁、2-5%的水和較少量的蘇打、苛性鉀和石灰。當(dāng)加熱至其軟化點(diǎn)時，珍 珠巖中的水，己經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，迅速擴(kuò)張，導(dǎo)致巖石像爆米花一樣膨脹。珍 珠巖的體積被增大約10倍，形成平均密度為約3 1b/ft、81b/fP的輕的、蓬松
的顆粒。
在制備膨脹珍珠巖的傳統(tǒng)方法中，珍珠巖礦石首先被研磨成細(xì)小尺寸。 珍珠巖是通過將細(xì)小的研磨珍珠巖礦石引入加熱的空氣中而膨脹。典型地， 珍珠巖膨脹裝置將空氣加熱至約1750°F (950°C)。珍珠巖穿過加熱的空氣 降落直到它變熱足以膨脹。由于密度的變化，膨脹珍珠巖夾帶在加熱的空氣 中，該加熱的空氣弄熱它并攜帶它上升，在上升處它被過濾器、細(xì)篩或其它 粉塵收集系統(tǒng)收集。膨脹后，珍珠巖具有大的表面面積，其包括能保持大量 結(jié)合水的大量裂縫、縫隙和空穴。
參考如l，膨脹珍珠巖一般為IO，被置于振動篩12，例如振動式給料器 上，以便退火?？蚣?4支撐該振動篩12。兩者均具有一定尺寸以適應(yīng)待處 理的膨脹珍珠巖10需要的體積。優(yōu)選地，框架14和篩12兩者均由金屬或能 耐受所用高溫的任何材料制成。優(yōu)選的金屬包括不銹鋼、碳鋼等。篩12開口 (未顯示出)足夠小以保持住珍珠巖IO，但足夠大以允許空氣通過來液化膨 脹珍珠巖10。當(dāng)將膨脹珍珠巖置于篩12上時，優(yōu)選的是將它在篩上鋪展成珍珠巖的薄
層，以保證均勻加熱。優(yōu)選地，膨脹珍珠巖10是以厚度平均小于l/4英寸 (6mm)的層被放置在篩12上，甚至更優(yōu)選地為厚度小于1/8英寸(3mm) 的層。如果使用了珍珠巖10的厚層，該層最接近燃燒器16的部分將可能在 層的中間和頂部退火之前燒結(jié)。在這種情況下，該層的底部部分也可能粘住 篩12，像膠一樣粘在篩上并減少空氣從中流過。
任何已知的引起篩12振動的方法均可在本方法中應(yīng)用。篩12的振動優(yōu) 選地是通過定位以振動該框架的偏置元件20和振動器22引起。振動器22和 偏置元件共同作用以引起篩12的振動。偏置元件20是偏向初始位置。當(dāng)振 動器22作用以推動框架12離開初始位置時，偏置元件20試著將篩拉回到初 始位置。當(dāng)振動器22扭轉(zhuǎn)方向時，篩12由偏置元件20支配返回到初始位 置。這種運(yùn)動以一定速率重復(fù)，引起篩12振動。
優(yōu)選地，振動器22為磁、電或空氣振動。在優(yōu)選的振動器中，偏心振動 器或具有止轉(zhuǎn)棒軛連接的電動機(jī)(未顯示出)被用于將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn) 換為振動運(yùn)動。偏置元件20優(yōu)選地為一個或多個彈簧。當(dāng)振動器22被定位 以在具有向上分量的方向上移動篩時，重力也是一種合適的偏置元件。
通過重力沿篩移動膨脹珍珠巖10,膨脹珍珠巖IO橫跨篩12的往返運(yùn)動 被完成。篩12以一定角度傾斜以支持珍珠巖10穿過篩12。對于燃燒器16尺 寸和待處理的膨脹珍珠巖的量來說，可選擇任意角度ot，其移動膨脹珍珠巖 IO以所需要的速度跨過篩。從水平面起約30。-50。的角是優(yōu)選的。隨著振動 器22以向上的運(yùn)動推動篩，篩12上的膨脹珍珠巖IO是在同樣的方向上被運(yùn) 載。當(dāng)振動器22方向逆轉(zhuǎn)時，動力繼續(xù)運(yùn)載膨脹珍珠巖10向上并離開篩 12。當(dāng)膨脹珍珠巖10浮在空中時，重力拉它向下。因?yàn)楹Y12是傾斜的，珍 珠巖的動力有一個垂直分量。重力在珍珠巖的動力上起作用并隨著每次振動 使其向下移動到篩12上。
膨脹珍珠巖IO跨過篩12移動的距離由篩的角度ot和振動器22的拋擲長 度決定。當(dāng)篩角度a和拋擲長度增加時，珍珠巖10隨著每次振動移動更遠(yuǎn)下 降到篩12。這些因素和篩12和燃燒器的尺寸相協(xié)調(diào)以允許大體上所有的膨 脹珍珠巖10達(dá)到退火溫度。一個或多個燃燒器16安置在篩12下，使得膨脹珍珠巖10離開或接近燃 燒器移動，并被加熱到足夠的溫度以軟化珍珠巖IO表面以愈合很多表面裂縫 和縫隙。對很多珍珠巖10來說，這將為約800。F- 1000。F?？p隙的密封減少 了被膨脹珍珠巖10保持的水量。這減少了制造流動漿所需要的水量。它還最 大限度地減小了對能引起不良影響的化學(xué)分散劑的需求，例如延緩煅燒石膏 的凝固時間。最后，干燥產(chǎn)品的成本被降低，因?yàn)楫a(chǎn)品中保持較少的水。燃 燒器16的熱容量足以加熱所需量的膨脹珍珠巖IO至退火溫度。
當(dāng)它通過燃燒器16時，膨脹珍珠巖10被來自燃燒器16、穿過篩12的熱 空氣24的上升氣流抬起，并夾帶在其中?？諝?4足夠熱以加熱珍珠巖10的 量至退火溫度。然后當(dāng)膨脹珍珠巖10被向上運(yùn)載時，它隨著暖氣體24離開 燃燒器16而慢慢冷卻。然后暖氣體24和膨脹珍珠巖IO被輸送給本領(lǐng)域已知 的適合收集細(xì)小顆粒26的系統(tǒng)。適合的收集系統(tǒng)26包括但不限于各種類型 的過濾器，例如袋式過濾器和筒式過濾器，以及旋風(fēng)分離器。吸引 (Suction)可選擇地被采用以幫助輸送膨脹珍珠巖10進(jìn)入收集系統(tǒng)26。遮 蓋罩28是用于積聚退火珍珠巖10至進(jìn)入收集系統(tǒng)26的共同通道。當(dāng)使用吸 引和/或遮蓋罩28時，該構(gòu)造是為了防止在被加熱至合適的溫度之前膨脹珍 珠巖IO的夾帶。遮蓋罩出口 32優(yōu)選地是面向篩12的最低邊緣，使得珍珠巖 10在被夾帶在熱空氣24之前橫跨篩的大部分寬度。通過保證珍珠巖IO達(dá)到 退火溫度，這改善了退火工藝50 (圖2)的效力。
現(xiàn)參考圖2，本發(fā)明的膨脹珍珠巖在石膏產(chǎn)品中是有用的。通過結(jié)合膨 脹珍珠巖IO、水和半水合硫酸鈣制成漿體后，形成產(chǎn)品54并使其凝固56。
在第一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，石膏漿52是由半水合硫酸鈣、添加劑、水 和膨脹珍珠巖制成。任何半水合硫酸鈣，也稱作灰泥或煅燒石膏，均可使 用，優(yōu)選地是以至少50%的量。優(yōu)選地，半水合硫酸鈣的量為至少75%，至 少80%或至少85%的灰泥。在很多墻板配方中，水硬性材料基本上全部是半 水合硫酸鈣。煅燒石膏的任何形式均可使用，包括但不限于a或卩灰泥。硫 酸鈣無水石膏、合成石膏或石膏粉的使用也應(yīng)想到，但優(yōu)選地是以小于20% 的量使用。其它水硬性材料，包括水泥和粉煤灰，可選地包含在該漿體中。 本實(shí)施方式中使用的膨脹珍珠巖的量為基于半水合硫酸鈣重量的約3%-20%。水是以制備流動漿體的任意量添加到漿體中。用水量根據(jù)其與什么一起 使用、使用的具體分散劑、使用的灰泥和添加劑的性質(zhì)而變化很大。墻板的
水與灰泥的比率(WSR)優(yōu)選地為基于灰泥干重的約0.1-0.8。通常約0.2-0.6 的WSR是優(yōu)選的。地板組合物優(yōu)選地使用約0.17-0.45的WSR，更優(yōu)選地為 約0.17-0.34。可模塑或可澆鑄的產(chǎn)品優(yōu)選地是以0.1-0.3的WSR使用水，更 優(yōu)選地為約0.16-0.25。
用于制造漿體的水的純度應(yīng)能實(shí)用地對漿體和凝固石膏的性質(zhì)進(jìn)行最佳 控制。鹽和有機(jī)化合物是眾所周知的以改變漿體的凝固時間，從促進(jìn)劑到凝 固抑制劑變化很廣。 一些雜質(zhì)導(dǎo)致伴隨二水合晶體互鎖基質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)不規(guī) 則，降低了凝固產(chǎn)品的強(qiáng)度。因此通過使用盡可能無污染的水，產(chǎn)品強(qiáng)度和 堅(jiān)固性被加強(qiáng)。
另外的添加劑也可添加到漿體中，像典型用于石膏漿將應(yīng)用的具體領(lǐng)域 的那些。凝固延緩劑(高達(dá)約21b./MSF (9.8g/m2))或干燥促進(jìn)劑(高達(dá)約 351b./MSF (170g/m2))被添加以改變水合反應(yīng)發(fā)生的速率。"CAS"是一 種凝固促進(jìn)劑，包括95%的二水合硫酸鈣與5%的糖一起研磨，并加熱至 250°F (121°C)使糖熔化成焦糖。CAS可獲得自美國石膏公司(索瑟德， OK廠)，并且是根據(jù)美國專利No.3，573，947制得，在此納入作為參考。硫 酸鉀是另一種優(yōu)選的促進(jìn)劑。HRA是以每100磅二水合硫酸鈣，約5-25磅糖 的比率，與糖一起新鮮研磨的二水合硫酸鈣。它在美國專利No. 2,078,199中 被進(jìn)一步描述，在此納入作為參考。這兩種都是優(yōu)選的促進(jìn)劑。
另一種促進(jìn)劑，稱為濕石膏促進(jìn)劑或WGA，也是優(yōu)選的促進(jìn)劑。濕石 膏促進(jìn)劑的用途和制造方法的描述在美國專利No. 6,409,825中被披露，在此 納入作為參考。這種促進(jìn)劑包括至少一種選自有機(jī)膦化合物、含磷酸鹽化合 物或其混合物的添加劑。這種特別的促進(jìn)劑表現(xiàn)出相當(dāng)長的壽命并隨時間保 持其有效性，使得該濕石膏促進(jìn)劑在使用前可被制備、儲存、甚至長距離運(yùn) 輸。該濕石膏促進(jìn)劑是以每千平方英尺的板產(chǎn)品約5-80磅(24.3-390 g/m2)
的量使用。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，石膏漿中包含添加劑，以改變最終產(chǎn)品的 一種或多種性質(zhì)。這些可選擇的添加劑是以本領(lǐng)域已知的方式和量使用。濃 度是以每1000平方英尺成品板的量(MSF)報導(dǎo)。淀粉是以約3-20lbs,/MSF (14.6-97.6 g/m2)的量使用以增強(qiáng)紙結(jié)合和強(qiáng)化產(chǎn)品。玻璃纖維是 可選擇地以至少lllb.MSF (54g/m2)的量添加到漿體。高達(dá)15 lb./MSF (73.2 g/m2)的紙纖維也可添加到漿體。蠟乳液是以高達(dá)901bs,/MSF (0.4 kg/m2)的量添加到石膏漿中以改善成品石膏板的耐水性。
可選地，在漿體中加入泡沫來進(jìn)一步減輕產(chǎn)品的重量。在本發(fā)明的實(shí)施 方式中，采用起泡劑以在凝固含石膏產(chǎn)品中產(chǎn)生空隙以提供較輕的重量，任 何已知在制備泡沫凝固石膏產(chǎn)品有用的常規(guī)起泡劑均可使用。這類起泡劑很 多是為人熟知并易于從商業(yè)上獲得，例如購自GEC^寺種化學(xué)品公司(賓夕法 尼亞州，安布勒)的HYONIC系列肥皂產(chǎn)品。美國專利No. 5,683,635披露了 泡沫材料和優(yōu)選的制備泡沬石膏板的方法，在此納入作為參考。
在一些實(shí)施方式中，三偏磷酸鹽化合物被添加到石膏漿中以增強(qiáng)產(chǎn)品的 強(qiáng)度并改善凝固石膏的抗流掛性。優(yōu)選地，三偏磷酸鹽化合物的濃度為基于 煅燒石膏的約0.07%-2.0%。美國專利No. 6,342,284和6,632,550披露了包含 三偏磷酸鹽化合物的石膏組合物，在此將二者納入作為參考。示范性的三偏 磷酸鹽包括三偏磷酸鹽的鈉、鉀或鋰鹽，例如購自阿斯塔瑞斯有限責(zé)任公司 (密蘇里州，圣路易斯)的那些。和石灰或其它提高漿體pH的改性劑一起 使用三偏磷酸鹽時，必須要小心謹(jǐn)慎。高于pH約9.5時，三偏磷酸鹽喪失其 強(qiáng)化產(chǎn)品的能力并且該漿體變得非常具有延緩性。
其它潛在的墻板添加劑是殺菌劑，以減少霉菌、霉變或菌類的生長。根 據(jù)選擇的殺菌劑和該墻板的預(yù)定用途，殺菌劑可添加到覆蓋面(covering)、 石膏芯或二者均有。殺菌劑的例子包括硼酸、吡啶硫酮鹽和銅鹽。殺菌劑可 添加到覆蓋面或石膏芯。使用時，殺菌劑是以至少500-ppm的量在覆蓋面中 使用。
此外，石膏組合物可選擇地包含淀粉，例如預(yù)凝膠淀粉和/或酸-改性淀 粉。預(yù)凝膠淀粉的加入增強(qiáng)了該凝固且干燥的石膏鑄塊的強(qiáng)度，并最大限度 地減小或避免了在增強(qiáng)的濕度條件下(例如關(guān)于提高的水/煅燒石膏的比率) 紙分層的風(fēng)險。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會理解預(yù)凝膠化原淀粉的方法，例 如在至少約185°F (85°C)溫度下在水中烹煮原淀粉或其它方法。合適的預(yù) 凝膠淀粉的實(shí)例包括但不限于購自Lauhoff谷物公司的PCF 1000淀粉，以及 購自阿徹丹尼爾斯米德蘭公司的AMERIKOR 818和HQM PREGEL淀粉。如果包含在內(nèi)，則預(yù)凝膠淀粉是以任意合適的量存在。例如，如果包含在內(nèi)， 則預(yù)凝膠淀粉可以被添加到用于形成凝固石膏組合物的混合物中，這樣它以
凝固石膏組合物重量的約0.5%-10%的量存在。淀粉例如USG95 (美國石膏 公司，伊利諾伊州，芝加哥)也可選擇地加入用于芯強(qiáng)度。
操作中，石膏是在運(yùn)輸機(jī)上朝向混合器移動。在進(jìn)入混合器之前，干添 加劑，例如干凝固促進(jìn)劑被添加到粉末狀的石膏中。 一些添加劑經(jīng)一單獨(dú)線 被直接加到混合器中。在以下描述的實(shí)施例中，三偏磷酸鹽也是以這種方法 添加。其它添加劑也可添加到水中。添加劑是液體形式時，這是非常方便 的。對于大多數(shù)添加劑，關(guān)于漿體中放置添加劑并沒有臨界性，并且它們可 用任何方便的設(shè)備或方法來添加。
水和液體添加劑可添加到混合器中，或者結(jié)合通過一共用入口或單獨(dú)通 過不同的入口。結(jié)合的灰泥、膨脹珍珠巖和其它干燥成分可添加到混合器 中，制備52之后，漿體從混合器中被放出并流向板線，在板線處該漿體被傾 倒在護(hù)面材料上。紙是優(yōu)選的護(hù)面材料，但紙板、玻璃纖維、塑料薄層和其 它護(hù)面的使用也應(yīng)考慮到。漿體鋪展跨越護(hù)面的寬度之后， 一個可選擇的第 二護(hù)面被置于該漿體上以形成兩紙層和它們之間漿體的連續(xù)夾心。該夾心在 一個將其壓至恒定厚度的刮平棒下通過。當(dāng)約50%水合發(fā)生時，該連續(xù)夾心 被切成單個的板，以便在干燥爐中干燥。
膨脹珍珠巖的另一個用途是在天花板磚或吸聲板中。在該實(shí)施方式中， 膨脹珍珠巖是主要的填料。它是以高達(dá)組合物重量的約85%的量使用。優(yōu)選 地，膨脹珍珠巖的量為基于組合物重量的約15%-70%。
優(yōu)選地，至少一種添加劑是纖維素纖維，其充當(dāng)膨脹劑并提供生強(qiáng)度。 纖維素纖維還可作為粘結(jié)劑以保持細(xì)粉。纖維素纖維的幾種類型已經(jīng)在這些
組合物中被評估。在吸聲磚配方中使用新聞紙或其它消費(fèi)后(post-consumer) 的紙是為人熟知的，而且錘磨(hammer-milled)紙和水漿 (hydro-pulped)紙二者都已被評估。出于價格考慮，新聞紙是優(yōu)選的。精制 的紙纖維和木纖維也可作為纖維素纖維的來源，然而，研究發(fā)現(xiàn)由木纖維制 成的天花板磚，不管是軟木還是硬木，在安裝點(diǎn)用刀切割要困難的多。而 且，木纖維是纖維素纖維的較昂貴的來源。使用時，纖維素纖維是以干板重量的高至約75%的量存在。優(yōu)選地，纖維素纖維構(gòu)成板重量的不足30%。更 有選地，纖維素纖維的重量為約1%-30%或約12°/。-28%。
石膏是本發(fā)明的板的另一種優(yōu)選的填料。石膏來源可以是二水合硫酸 鈣，未煅燒的或煅燒至半水合物或再水合的?；蛘?，在一些實(shí)施方式中，石 膏來源可以是板成型期間再水合以形成二水合晶體互鎖基質(zhì)的煅燒石膏或無 水硫酸鈣。煅燒石膏可以和纖維素纖維一起煅燒以形成纖維素纖維與硫酸l丐 晶體互鎖的復(fù)合材料。石膏和纖維素纖維的另一個來源是廢棄的或廢料石膏 墻板。經(jīng)該工藝制成的板在美國專利No. 5,320,677中有更詳細(xì)的描述，在此
納入作為參考。廢料可研磨并添加到漿體中，或者它可作為進(jìn)料物質(zhì)用于共 同煅燒過程。添加石膏至吸聲板有很多優(yōu)點(diǎn)，包括改善的表面硬度和耐火 性。
其它填料在本發(fā)明的組合物中也是有用的。礦棉是吸聲磚中常用的的填 料。無機(jī)填料，如粘土、云母、鈣硅石、硅土、珍珠巖和碳酸鈣也是適合 的。
該板的另一種主要成分是粘結(jié)劑。雖然纖維素纖維可提供足夠的粘著力 以起到粘著力唯一來源的功能，但優(yōu)選的還是在組合物中包含第二粘結(jié)劑， 如淀粉。如果需要，其它粘結(jié)劑例如乳膠也可以和淀粉一起或沒有淀粉下使 用。在一些情況下，半水合硫酸鈣起粘合劑的作用，形成將板連接在一起的 連鎖的二水合晶體的基質(zhì)。
淀粉非常有成本效益并且是一種優(yōu)選的粘結(jié)劑。在吸聲磚中用淀粉作為 粘結(jié)劑是眾所周知的。淀粉凝膠可通過在水中分散淀粉顆粒和加熱淀粉漿直 到淀粉充分煮好并且淀粉漿變稠成粘性凝膠來制備。燒煮前，纖維素纖維的 一部分可合并到該淀粉漿中。淀粉漿的燒煮溫度應(yīng)密切監(jiān)控以保證淀粉顆粒 的充分溶脹。玉米淀粉的代表性的燒煮溫度為約180°F (82°C) -195°F (90°C)。在沒有預(yù)先燒煮淀粉時，淀粉也可用作粘結(jié)劑，因?yàn)樗诟稍锘?墊的過程中形成凝膠。
乳膠粘結(jié)劑可代替淀粉使用或者可在除淀粉粘結(jié)劑外使用該乳膠。美國 專利No. 5,250,153披露了很多在吸聲天花板磚中有用的乳膠粘結(jié)劑。在本領(lǐng) 域中，基于礦棉的吸聲磚中使用熱塑性粘結(jié)劑(乳膠)是眾所周知的。這些 乳膠粘結(jié)劑可具有約30°C- 110°C的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。乳膠粘結(jié)劑的實(shí)例包括聚乙酸乙烯酯、乙酸乙烯酯/丙烯酸乳液、偏二氯乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯/丙 烯酸共聚物和羧基化苯乙烯/丁二烯。本發(fā)明的天花板磚可以不含淀粉、半水 合硫酸鈣或乳膠而制成，但優(yōu)選地存在它們中的至少一種。在優(yōu)選的實(shí)施方 式中，該組合物包含淀粉和纖維素纖維。
吸聲板中另一種可選擇的成分是粘土，其用于改善耐火性。當(dāng)暴露于火 中時，粘土不燃燒，它會燒結(jié)。組合物可選擇地包含約4%-10°/。重量的粘 土。很多不同類型的粘土均可使用，包括格里森公司(德克薩斯州)的球狀
粘土， KT粘土公司(密西西比州，Sledge)的CTS-1和CTS-2，格里森公司 (德克薩斯州)的Spinks粘土， Hickory公司(肯塔基州)的oldHickory粘 土。其它商業(yè)粘土，如膨潤土和高嶺土在吸聲磚配方中也是有用的。此外， 本發(fā)明的吸聲組合物還可含有在這種類型配方中眾所周知的其它成分。輕質(zhì) 骨料、表面活性劑和絮凝劑也是有用的并且為吸聲板制備的技工所熟知。
根據(jù)任何已知的制備吸聲板的方法，板制備成至少l/8英寸(3 mm) 厚。該工藝由混合填料、粘結(jié)劑和水的漿體開始。液體形式的成分通常是在 添加該干成分前與測定量的水混合。當(dāng)乳膠以液體乳液的形式提供時，在添 加該干成分之前，它們與水混合。
干成分在混合之前測定。這些成分可選擇地是在添加水之前干混合。千 成分被添加到水或在其中混合的任意液體中后，攪拌該水性組合物直到獲得 均勻稠度的漿體。 一旦形成，該漿體從混合容器中轉(zhuǎn)移以形成板。
如果使用鑄造工藝，漿體被轉(zhuǎn)移到所需尺寸和形狀的模子，其中水被一 種或多種成分吸收或者它蒸發(fā)掉。吸收包括物理吸收例如毛細(xì)管作用，化學(xué) 吸收例如水合作用，或兩者兼有。 一旦足夠量的水已經(jīng)被吸收或蒸發(fā)，板保 持在一起，則該板可選擇地從模子中移出。從模子中移出后，該板被進(jìn)一步 干燥，優(yōu)選地是通過在烘箱中除去水。
制造吸聲板的另一種眾所周知的方法是通過氈工藝。將漿體倒入流漿箱 (head box)，其沿著成型臺分布該漿體。從流漿箱，漿體被置于一氈傳送 帶上，在上面形成濾餅。濾餅是通過將水和漿體分離穿過傳送帶的多孔成型 表面而脫水。多達(dá)90%的未結(jié)合水可通過氈傳送帶從濾餅中除去。脫水優(yōu)選 地由真空輔助以除去額外的水。盡可能多的水優(yōu)選地是在半水合物冷卻并轉(zhuǎn)化為二水合物之前除去。美國專利No. 5,320,677中描述了濾餅的形成及其脫 水，在此納入作為參考。
脫水濾餅被濕壓，以進(jìn)一步減少含水量并將濾餅壓縮成所需形狀、厚度 和/或密度。當(dāng)濾餅仍能改變形狀時，它優(yōu)選被濕壓成所需尺寸和厚度的板。 如果該板將被賦予特殊的表面結(jié)構(gòu)或疊片表面拋光，該表面優(yōu)選地在該步驟 進(jìn)行期間或之后被修飾。濕壓步驟優(yōu)選以逐漸增加的壓力進(jìn)行以保持產(chǎn)品的 完整性。
再水合充分完成以便產(chǎn)品保持其形狀之后，如果需要該板可被切割和修 剪，并送往干燥爐以便干燥?？扇〉氖?，在使產(chǎn)品芯溫度達(dá)到至少170°F (77°C)的條件下干燥該產(chǎn)品，更優(yōu)選地，芯溫度達(dá)到約170。F (77°C)-200。F (93。C)。
如果需要，在板的前端形成開口或凹陷以吸收聲音。開口是通過刻、 裂、針孔造成或者通過本領(lǐng)域已知的任意其它手段在基墊上創(chuàng)造凹陷。當(dāng)板 鑄造時，模子可有利地確定形狀以在鑄造件中提供凹陷。烘箱干燥后，如果 需要，該板用涂料涂覆，例如上述適合于板的特定應(yīng)用的那些涂料。
雖然本發(fā)明公開并描述了制造膨脹珍珠巖和石膏產(chǎn)品的方法的具體實(shí)施 方式，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不背離本發(fā)明的情況下可以在更廣 范圍做出變化和修改，并如下面權(quán)利要求書所述。
權(quán)利要求
1、一種減少膨脹珍珠巖的水需求的方法，包括獲得一以一角度支撐的振動篩；將膨脹珍珠巖置于該振動篩上；使該膨脹珍珠巖在篩上以一定速率移動經(jīng)過一燃燒爐，加熱該膨脹珍珠巖至足以將其退火的溫度；移動該膨脹珍珠巖離開燃燒爐；和使該膨脹珍珠巖冷卻。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一移動步驟包括振動該篩以移 動膨脹珍珠巖。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述振動步驟包括利用一偏心振動器 和一偏置元件以振動該篩。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述偏置元件包括一彈簧。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述膨脹珍珠巖的密度為約3化很3-至約81b/ft3。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二移動步驟包括夾帶該膨脹珍 珠巖進(jìn)入熱空氣流中。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括回收該膨脹珍珠巖。
8、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述獲得步驟的角度為從水平面起約 30°至約50°。
9、 一種制造石膏產(chǎn)品的方法，包括用權(quán)利要求1所述的方法退火珍珠巖； 制備半水合硫酸韓、退火的珍珠巖、添加劑和水的漿體； 將該漿體成型為石膏產(chǎn)品的形狀；和 使半水合硫酸鈣凝固。
10、 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括將該漿體傾倒在至少兩層護(hù) 面材料中間以形成夾心物。
11、 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括使該夾心物在一刮平棒下通 過以壓成均勻的厚度。
12、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述成型步驟選自漿體的水制氈法和鑄造法。
13、 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括干燥該石膏產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降低膨脹珍珠巖水需求的方法，包括獲得以一定角度被支撐的振動篩和將膨脹珍珠巖置于該振動篩上。膨脹珍珠巖以一定速率在振動篩上向燃燒爐移動，該燃燒爐加熱膨脹珍珠巖至足以將它退火的溫度。然后膨脹珍珠巖離開燃燒爐并使其冷卻。本發(fā)明的另一種實(shí)施方式是涉及制備石膏產(chǎn)品的方法。該方法包括經(jīng)上述方法退火珍珠巖，然后制備制備半水合硫酸鈣、添加劑、水和退火珍珠巖的漿體。將該漿體成型為石膏產(chǎn)品的形狀并使其凝固。本工藝尤其用于制造從輕質(zhì)材料使用中獲益的石膏板和吸聲板。
文檔編號B23B13/00GK101588886SQ200780046953
公開日2009年11月25日 申請日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者克里斯托弗·R·尼爾森 申請人:美國石膏公司