CN101104554B - 提高抗永久性变形的石膏制品和制备该制品的方法和组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了具有提高抗永久性变形的凝固石膏制品和其制备方法，该方法包括形成硫酸钙材料、水和适量的一种或多种选自以下组的增强材料的混合物，所述增强材料包括：缩合磷酸，每一种含有2个或多个磷酸单元；和缩合磷酸盐或缩合磷酸盐离子，每一种含有2个或多个磷酸盐单元。然后使该混合物保持在足以使硫酸钙材料形成凝固石膏材料的条件下。

Description

提高抗永久性变形的石膏制品和制备该制品的方法和组合物
本申请为分案申请，其母案申请的申请号为98801196.4，申请日为1998年8月21日，发明名称为“提高抗永久性变形的石膏制品和制备该制品的方法和组合物”。 
发明领域 
本发明涉及制备凝固石膏制品的方法和组合物，所述制品例如包括石膏板、增强石膏复合板、灰泥、可机加工材料、接缝处理材料和隔音瓦，并且涉及这些制品的制备方法和组合物。更具体地说，本发明涉及通过使用一种或多种增强材料，提高抗永久性变形(例如抗下垂)的凝固石膏制品。本发明一些优选的实施方案涉及这类制品的制备方法，包括在增强材料的存在下水化烧石膏，所述的增强材料使经如此水化的凝固石膏具有提高的强度，抗永久性变形(例如抗下垂)和尺寸稳定性(例如在干燥凝固石膏期间无收缩)。在制备凝固石膏制品时，增强材料还会赋予它们其它改进的性能和优点。在本发明另一个实施方案中，用一种或多种增强材料处理凝固石膏，以使它们具有类似的(如果不相同)增强、抗永久性变形(例如抗下垂)、尺寸稳定性和使石膏制品具有其它改进的性能和优点。在本发明的一些实施方案中，本发明的凝固石膏制品含有较大量的盐酸盐，但通常避免了这种盐浓度对石膏制品的不利影响。 
背景技术
许多众所周知的实用制品含有有效量、常常作为主要组分的凝固石膏(二水硫酸钙)。举例来说，凝固石膏是内墙的典型干砌墙壁结构和建筑天花板中使用的纸面石膏板的主要成分(例如，参见美国专利US4009062和2985219)。正如美国专利US5320677公开的，它们也是石膏/纤维素纤维复合板和制品的主要成分。填平石膏板边缘之间接缝的产品常常含有大量的石膏(例如，参见美国专利US3297601)。例如，正 如美国专利US5395438和3246063中公开的，在吊顶天花板中使用的隔音瓦可含有大量的凝固石膏。例如通常用来产生灰泥表面的内部建筑墙的常规灰泥一般主要取决于凝固石膏的形成。许多特种材料，例如在美国专利US5534059中公开的可精加工的制模和成模材料含有大量的石膏。 
大多数这类石膏制品的制备是形成烧石膏(半水硫酸钙和/或无水硫酸钙)和水(以及适当的其它组分)的混合物，将该混合物浇铸到要求形状的模具中或表面上，通过烧石膏与水反应，形成结晶水化石膏基质(二水硫酸钙)，使混合物硬化，形成凝固(即再水化)石膏。通常还要进行轻微的加热，以除去剩余的游离(未反应的)水，获得干制品。通过所需的水化形成了凝固石膏晶体联锁基质的烧石膏，由此使石膏制品中的石膏结构具有强度。 
如果为了使石膏制品更能抵抗使用期间可能会有的应力，而提高其组分凝固石膏晶体结构的强度，那么上述所有的石膏制品将受益。 
人们一直在努力用较低密度的材料(例如膨胀珍珠岩或气孔)来代替部分凝固石膏基质，以制备许多这类更轻质的石膏制品。在这种情况下，因为提供低密度制品强度的凝固石膏量较少，因此，需要使凝固石膏的强度提高到标准水平以上，刚好保持整个制品强度达到现有技术中较高密度制品的水平。 
此外，在许多石膏制品的构件中，尤其是在高湿度和高温，或甚至在负荷条件下，需要有较高的抗永久性变形性(例如抗下垂)。人的肉眼通常观察不到每2英尺长的石膏板下垂约0.1英寸以下的石膏板的下垂。因此，需要一种石膏制品，在这类制品的使用期限内，能抗永久性变形。例如，石膏板和石膏瓦常常以水平放置的方式贮存或使用。如果这些制品中的凝固石膏基质尤其是在高湿度和高温下，或甚至在负荷下不足以抗永久性变形，那么制品在固定制品的点之间或通过底层构件支承的点之间的区域内开始下垂。这会使得它们变得难看并造成这类制品难以投入使用。在许多应用中，石膏制品必须能承受负荷，例如绝缘或冷凝负荷，而不能有可觉察的下垂。于是，人们一直需求能形成提高抗永久性变形(例如抗下垂)的凝固石膏。
在石膏制品的制备、加工和工业应用过程中，也要求石膏制品中的凝固石膏具有较好的尺寸稳定性。尤其是在温度和湿度改变的条件下，凝固石膏会收缩或膨胀。例如，当暴露在高湿度和高温下的石膏板或石膏瓦中的石膏基质的晶体间隙吸收水分时，由于吸湿的板发生膨胀，会加剧下垂。另外，在凝固石膏制品的制备过程中，通常会有大量的游离(未反应的)水在石膏凝固后保留在基质中。该游离水通常随后通过轻度加热除去。当蒸发水离开石膏基质的晶体间隙时，基质由于凝固石膏固有力的作用，倾向于收缩(即水被保持在基质中联锁凝固石膏晶体之间的部分中，当水蒸发时，所述晶体然后运动相互靠近)。 
如果这种尺寸不稳定性可以避免或减小，那么会有许多优点。例如，如果石膏板在干燥期间不收缩，那么用现有的石膏板生产方法将能生产更多的制品，而且需要依赖于保持精确形状和尺寸比例(例如在制模和成模中使用)的石膏制品可更好地用来达到它们的目的。例如，一些欲用于建筑内墙表面的灰泥由于在干燥期间不收缩而具有优点，这样可使用较厚层的灰泥，而无需担心开裂，也无需多次涂覆薄层并使得在层与层之间要花费长的时间使其进行充分的干燥。 
一些特种类型的石膏制品还存在其它特殊的问题。例如，低密度石膏制品的制备常常使用发泡剂，在烧石膏浆料(可流动的含水混合物)中产生水泡，当形成凝固石膏时，在制品中产生相应的永久性空隙。常会带来的问题是因为所使用的含水泡沫本身是不稳定的，因此在形成凝固石膏前，许多水泡会聚集，并从较稀的浆料中逸出(就像气泡浴中的气泡一样)，所以，为了获得要求密度的制品，就得使用大量的发泡剂，以在凝固石膏中产生要求量的空隙。这样成本就增加，并且化学发泡剂对石膏制品的其它组分或特性产生副作用的危险增大。因此，要求是能降低凝固石膏制品中产生要求量空隙所需的发泡剂量。 
现实中还需要一种新型、经改进的用于生产凝固石膏制品的组合物和方法，所述的石膏制品由含高浓度(即按混合物中硫酸钙材料的重量计至少0.015％(重量))的氯离子或其盐的混合物制成。氯离子或其盐可以是硫酸钙材料本身或混合物中使用的水(例如海水或含盐的地下水) 中的杂质，它们在本发明之前不能被用来制备稳定的凝固石膏制品。 
现实中还需要一种新型、经改进的用于处理凝固石膏的组合物和方法，以改善其强度、抗永久性变形(例如抗下垂)和尺寸稳定性。 
现实中一直需要一种新型、经改进的凝固石膏制品，和生产所述制品的组合物和方法，以解决、避免或减少上面提到的问题。本发明满足了这些需求。 
本发明的概括 
本发明人令人惊奇地发现了意外地满足上述需求的凝固石膏制品和用来制备它们的组合物和方法。本发明的每个实施方案满足了一种或多种这样的需求。 
提高抗永久性变形的本发明的凝固石膏制品是根据本发明制备的，其制备方法是首先形成硫酸钙材料、水和适量的一种或多种选自以下组的增强材料的混合物，该增强材料包括缩合磷酸，每一种含有2个或多个磷酸单元；和缩合磷酸盐或缩合磷酸盐离子，每一种含有2个或多个磷酸盐单元。 
然后将上述混合物保持在足以使硫酸钙材料形成改进的凝固石膏材料的条件下。 
正如本文中使用的，术语“硫酸钙材料”是指无水硫酸钙；半水硫酸钙；二水硫酸钙；钙离子和硫酸根离子；或它们中任一种或所有的混合物。 
在本发明的一些实施方案中，硫酸钙材料主要是半水硫酸钙。在这种情况下，所有的上述增强材料将使所形成的凝固石膏具有提高的抗永久性变形性。但是，有些增强材料(例如下列的盐，或其阴离子部分：三偏磷酸钠(这里也称为STMP)，具有6-27个重复磷酸盐单元的六偏磷酸钠(这里也称为SHMP)和具有1000-3000个重复磷酸盐单元的聚磷酸铵(这里也称为APP))将提供优选的优点，例如较大地提高了抗下垂性。此外，APP提供的抗下垂性与由STMP提供的相同，甚至当仅加 入四分之一STMP浓度时。 
在本发明的一些优选的实施方案中，是通过向欲用来生产凝固石膏制品的烧石膏和水的混合物中加入三偏磷酸盐离子来实现的(正如本文使用的，术语“烧石膏”是指α半水硫酸钙，β半水硫酸钙，水溶性无水硫酸钙或它们中任一种或所有的混合物，术语“凝固石膏”和“水化石膏”是指二水硫酸钙)。当混合物中的水自发地与烧石膏反应形成凝固石膏时，我们意外地发现与不含三偏磷酸盐离子的混合物形成的凝固石膏相比，该凝固石膏具有提高的强度，抗永久性变形(例如抗下垂)和尺寸稳定性。改进这些特性的机理尚不清楚。 
此外，本发明人意想不到地发现三偏磷酸盐离子(像APP一样)不会延缓烧石膏形成凝固石膏的速率。事实上，在三偏磷酸盐离子的使用范围内，加入量较大时，实际上加速烧石膏形成凝固石膏的水化速率。由于凝固石膏的强度增加，这是特别令人惊奇的，因为人们通常认为在石膏技术中，磷酸或磷酸盐物质延缓凝固石膏的形成并降低所形成石膏的强度。这对大多数这类物质来说是事实，但对三偏磷酸盐离子来说却不是这样。 
因此，一般来说，本发明的一些优选实施方案提供了生产凝固石膏制品的方法，这种石膏制品具有提高的强度、抗永久性变形(例如抗下垂)和尺寸稳定性，所述方法包括：形成烧石膏、水和三偏磷酸盐离子的混合物，使该混合物保持在足以使烧石膏转变成凝固石膏的条件(例如优选低于约120F的温度)下。 
在本发明一些优选的实施方案中，所述方法是一种生产石膏板的方法，所述的石膏板含有夹在纸或其它材料的覆盖板之间凝固石膏夹层的芯。板的制备是形成烧石膏、水和三偏磷酸盐离子的可流动混合物，将该混合物沉积在覆盖板之间，使得到的组件凝固和干燥。 
当由此形成的板具有全部要求的改进特性--提高的强度、抗永久性变形(例如抗下垂)和尺寸稳定性时，已经观察到出于未知的原因，当板由于一些原因变得潮湿或在生产期间不完全干燥时，石膏芯和覆盖板(通常含有纸)之间的结合强度会丧失或甚至失效，即使当该板含有典 型的非预胶凝化的淀粉(例如酸改性的淀粉)时，所述的淀粉通常赋予更好的纸与芯结合的整体性。覆盖板会从石膏板上剥离下来，而这是令人难以接受的。本发明人幸运地还发现了解决这种可能附带问题的方法。已经发现通过在生产的浆料中加入预胶凝化的淀粉可避免带来这个问题。然后使该淀粉分布在整个所形成的石膏芯中，并且已经令人惊奇地发现这样做避免了削弱芯和覆盖板之间的结合。 
因此，在本发明的一些实施方案中，提供了生产进一步改进石膏板的组合物和方法。所述组合物含有水、烧石膏、三偏磷酸盐离子和预胶凝化淀粉的混合物。所述方法包括形成这种混合物，使它们沉积在覆盖板之间，并使得到的组件凝固和干燥。 
在需要生产轻质石膏板的情况下，本发明提供了生产这种轻质石膏板的组合物和方法。所述组合物含有水、烧石膏、三偏磷酸盐离子和水泡沫的混合物，所述方法包括形成这种混合物，使它们沉积在覆盖板之间，并使得到的组件凝固和干燥。这种组合物和方法提供了轻质板，是因为水泡沫的泡在形成板的凝固石膏芯中产生相应气孔的缘故。板的整体强度要比现有技术的混合物中包括水泡沫生产的板高，因为用于形成本发明板的混合物中的三偏磷酸盐离子使强度提高。例如，按本发明制备的1/2英寸厚的天花板的抗永久性变形(例如抗下垂)要比使用现有技术的组合物和方法制得的5/8英寸厚的天花板好。因此，本发明可以明显节省生产天花板的费用。 
本发明人意外地发现混合物中除了含有水泡沫外，还含有三偏磷酸盐时还具有其它的优点。即已经发现当混合物中含有三偏磷酸盐离子时，在形成的石膏制品中，所使用的每单位量的水泡沫会产生成比例更高的气孔(更多的总气孔体积)。其原因尚不清楚，但是，有利的结果是要在凝固石膏制品中产生要求量的气孔体积，只要使用少量的发泡剂。这本身又降低了生产成本，减少了化学发泡剂对石膏制品其它组分或特性有害作用的危险。 
在本发明的一些实施方案中，提供了包括凝固石膏和增强材料的复合板，它们按如下方式制备：在表面上形成或沉积混合物，其中该混合物 含有补强材料、硫酸钙材料、水和适量的一种或多种选自以下组的增强材料，所述增强材料包括：缩合的磷酸，每一种含有2个或多个磷酸单元；和缩合磷酸盐或缩合磷酸盐离子，每一种含有2个或多个磷酸盐单元。然后使混合物保持在足以使硫酸钙材料形成凝固石膏材料的条件下。 
本发明还提供了包括凝固石膏和基质颗粒的复合板，至少部分凝固石膏位于和靠近易于接近的基质颗粒的空隙处。该板是通过在表面上形成或沉积混合物制备的，其中该混合物含有：基质颗粒；半水硫酸钙，至少其部分是以晶体的形式位于和靠近基质颗粒的空隙处；水和适量的一种或多种选自以下组的增强材料，所述增强材料包括：缩合的磷酸，每一种含有2个或多个磷酸单元；和缩合磷酸盐或缩合磷酸盐离子，每一种含有2个或多个磷酸盐单元。然后使该混合物保持在足以使半水硫酸钙形成凝固石膏的条件下，由此通过半水硫酸钙晶体在基质颗粒的空隙中和靠近基质颗粒的空隙处的原位水化，形成位于和靠近易于接近的基质颗粒空隙处的凝固石膏部分。 
本发明还提供了含凝固石膏的可机加工的制品，它们通过形成混合物来制备，所述混合物含有淀粉、可水再分散的聚合物颗粒、硫酸钙材料、水和适量的一种或多种选自以下组的增强材料，所述增强材料包括：缩合的磷酸，每一种含有2个或多个磷酸单元；和缩合磷酸盐或缩合磷酸盐离子，每一种含有2个或多个磷酸盐单元。然后使该混合物保持在足以使硫酸钙材料形成凝固石膏材料的条件下。 
本发明还提供了用于修饰石膏板边缘之间接缝的凝固石膏产品，所述产品通过将一种混合物填入到接缝处来制备，所述混合物含有粘结剂、增稠剂、非均化剂、硫酸钙材料、水和适量的一种或多种选自以下组的增强材料，所述增强材料包括：缩合的磷酸，每一种含有2个或多个磷酸单元；和缩合磷酸盐或缩合磷酸盐离子，每一种含有2个或多个磷酸盐单元。然后使该混合物保持在足以使硫酸钙材料形成凝固石膏材料的条件下。 
本发明还提供了凝固石膏隔音瓦，通过在盘槽中形成或沉积一种混合物而制备，所述混合物含有胶凝化淀粉、矿物棉、硫酸钙材料、水和适量的一种或多种选自以下组的增强材料，所述增强材料包括：缩合磷酸，每一种含有2个或多个磷酸单元；和缩合磷酸盐或缩合磷酸盐离子，每一种含有2个或多个磷酸盐单元。然后使该混合物保持在足以使硫酸钙材料形成凝固石膏材料的条件下。 
本发明还提供了另一类型的凝固石膏隔音瓦，通过在盘槽中形成或沉积一种混合物而制备，所述混合物含有胶凝化淀粉、膨胀珍珠岩颗粒、纤维增强剂、硫酸钙材料、水和适量的一种或多种选自以下组的增强材料，所述增强材料包括：缩合的磷酸，每一种含有2个或多个磷酸单元；和缩合磷酸盐或缩合磷酸盐离子，每一种含有2个或多个磷酸盐单元。然后使该混合物保持在足以使硫酸钙材料形成凝固石膏材料的条件下。 
本发明还提供了凝固石膏制品，通过形成增强材料、二水硫酸钙和水的混合物来制备。更具体地说，这些实施方案包括用增强材料处理石膏浇铸体。已经发现形成的增强材料、水和二水硫酸钙的混合物提供的凝固石膏制品具有提高的强度、抗永久性变形(例如抗下垂)和尺寸稳定性。这种后凝固处理可通过添加增强材料，通过用增强材料喷雾或浸湿二水硫酸钙浇铸体来实现。 
在本发明的一些实施方案中，提供了用混合物生产凝固石膏制品的组合物和方法，所述混合物含有高浓度的氯离子或其盐(即按混合物中的硫酸钙材料计至少0.015％(重量))。更具体地，所述组合物含有0.015-1.5％重量、优选0.02-1.5％重量的氯离子或其盐，基于组合物中硫酸钙材料重量计。氯离子或盐可以是硫酸钙材料本身或混合物中使用的水(例如海水或含盐的地下水)中的杂质，它们在本发明之前不能被用来制备稳定的凝固石膏的制品。 
附图的描述
图1是描绘石膏板制品包括本发明石膏板的制品重量的图表。 
图2是将按本发明制备的石膏板的抗下垂性与市售的石膏板相比较的曲线图，其中采用常规的U形钉固定和螺钉拧紧天花板连接件装配所有的试验板。 
图2是将按本发明制备的石膏板的抗下垂性与市售的石膏板相比较的曲线图，其中采用常规的U形钉固定和螺钉拧紧天花板连接件装配所有的试验板。
图3是将按本发明制备的石膏板的抗下垂性与市售的石膏板相比较的曲线图，其中采用常规的F2100天花板连接件(即胶粘剂)来装配所有的试验板。 
图4是按本发明制备的石膏板的下垂偏差效果与市售石膏板相比较的曲线图。 
图5是描绘按本发明处理石膏板的下垂偏差效果图，所述石膏板是用包括预先凝固和干燥石膏(即二水硫酸钙)的石膏板制备的。 
优选实施方案的描述 
本发明可用与现有技术中制备各种凝固石膏制品相类似的组合物和方法来实施。本发明一些优选实施方案的组合物和方法与现有技术中制备各种凝固石膏制品的主要区别是含有三偏磷酸盐，使得在本发明的方法中，烧石膏再水化形成凝固石膏的过程在三偏磷酸盐离子的存在下进行，由此体现出本发明的优点。在其它方面，本发明的组合物和方法可以与现有技术中的相应组合物和方法相同。 
本发明组合物中含有的三偏磷酸盐可包括任何水溶性三偏磷酸盐，它们不会与组合物的其它组分发生不利的相互影响。一些实用盐的实例是三偏磷酸钠、三偏磷酸钾、三偏磷酸铵、三偏磷酸锂、三偏磷酸铝和这些盐的混合物。三偏磷酸钠是优选的。它易于从市场上买到，例如由St.Louis，Missouri的Solutia公司，即以前是St.Louis，Missouri的Monsanto公司的一个单位购得。 
为了在实施本发明优选的一种方法中使用，可将三偏磷酸盐溶解在烧石膏的含水混合物中，使三偏磷酸盐离子的浓度按烧石膏的重量计为约0.004-2.0％(重量)。三偏磷酸盐离子的优选浓度为约0.04-0.16％(重量)。更优选的浓度是约0.08％(重量)。如果在实施本发明的一些实施方案中要求易于贮存和运输，那么可将三偏磷酸盐预溶解在水中并以水溶液的形式混合到混合物中。 
根据本发明优选的一个实施方案，在烧石膏水化，形成凝固石膏期 间，三偏磷酸盐离子仅需存在于烧石膏的含水混合物中。因此，虽然通常更方便地，由此优选地将三偏磷酸盐离子在早期阶段混合到混合物中时，但也可在稍后阶段使三偏磷酸盐离子混合到烧石膏和水的混合物中。例如，在制备典型的石膏板时，将水和烧石膏一起加入到混合装置中，充分地进行混合，然后通常沉积到位于传送带上的覆盖板上，在大量的烧石膏发生再水化，形成凝固石膏前，将第二块覆盖板置于沉积的混合物上。虽然在其制备期间，在混合装置中更方便地将三偏磷酸盐离子加入到所述混合物中，但也可在后期阶段加入三偏磷酸盐离子，例如刚好在将第二块板置于沉积物上之前，将三偏磷酸盐离子的水溶液喷洒到经沉积的烧石膏含水混合物中，以便三偏磷酸盐离子水溶液浸湿到沉积的混合物中，并且当发生整体水化，形成凝固石膏时有它们存在。 
将三偏磷酸盐离子加入到混合物中的其它另一些方法对于本技术领域中的普通技术人员来说是显然的，当然也在本发明的范围内。例如，可用一种三偏磷酸盐预涂覆一块或两块覆盖板，以便当沉积的烧石膏含水混合物与覆盖板接触时，三偏磷酸盐溶解并且引起三偏磷酸盐离子迁移进入该混合物。另一种方法是甚至在加热形成烧石膏前，使三偏磷酸盐与生石膏混合，以便当将烧石膏与水混合，发生再水化时，该盐就已经存在。 
使三偏磷酸盐离子加入到混合物中的其它方法是通过任何适当的方式，例如用含三偏磷酸盐的溶液喷雾或浸湿凝固石膏，将三偏磷酸盐离子加入到凝固石膏中。已经发现三偏磷酸盐离子可通过加工凝固石膏中使用的常规纸板迁移到凝固石膏中。 
在本发明中使用的烧石膏可以以在现有技术的相应实施方案中使用的典型形式和浓度存在。它可以是天然或合成的α半水硫酸钙、β半水硫酸钙、水溶性无水硫酸钙或它们中的任一种或全部的混合物。在一些优选的实施方案中，使用α半水硫酸钙，因其产生具有较高强度的凝固石膏。在其它优选的实施方案中，使用β半水硫酸钙或β半水硫酸钙和水溶性无水硫酸钙的混合物。 
在实施本发明时，可以使用常规量的其它常规添加剂，以赋予所要求 的特性和便于制造生产，例如水泡沫、促凝剂、缓凝剂、再煅烧抑制剂、粘结剂、粘附剂、分散助剂、均化剂或非均化剂、增稠剂、杀菌剂、杀真菌剂、pH调节剂、着色剂、增强材料、阻燃剂、防水剂、填料和它们的混合物。 
在一些优选的本发明实施方案中，所述方法和组合物用来制备石膏板，所述石膏板包括夹在覆盖板之间的凝固石膏材料的芯，三偏磷酸盐离子按上述用量和方式使用。另一方面，可以用与现有技术中制备石膏板的相应组合物和方法相同的组分和相同的方式来实施该组合物和方法，例如，如美国专利US4009062和2985219中公开的，将它们引入本文作为参考。采用这种优选的本发明组合物和方法制备的板具有改进的强度、抗永久性变形和尺寸稳定性。 
在制备石膏板的优选方法和组合物中，所述板的表层板含有纸，也使用预胶凝化的淀粉，以避免在极其潮湿的条件下另外稍微增大的纸脱层的危险。原料淀粉的预胶凝化是通过在至少185F的温度下，在水中煮或按其它众所周知的方法实现的。 
一些起本发明目的作用的易于得到的可胶凝化的淀粉的实例是(由它们的商品名称来标记)：PCF1000淀粉，由Lauhoff Grain公司销售；AMERIKOR818和HQM PREGEL淀粉，都由Archer Daniels Midland公司销售。 
为了在本发明优选的实施方案中使用预胶凝化的淀粉，应使它们在烧石膏含水混合物中的含量按烧石膏的重量计为约0.08-0.5％(重量)。优选的预胶凝化淀粉的含量为约0.16-0.4％(重量)。更优选的含量为约0.3％(重量)。如果现有技术中相应的实施方案也含有未经预胶凝化的(如许多情况下所进行的)淀粉，那么本发明实施方案中的预胶凝化淀粉还可用于全部或部分代替现有技术中通常使用的淀粉。 
在使用发泡剂在凝固石膏制品中产生空隙，以提供轻质制品的本发明实施方案中，可使用任何常规的已知可用于制备发泡凝固石膏制品的发泡剂。许多这样的发泡剂是众所周知的，易于购得，例如从Ambler，Pennsylvania的GEO Specialty Chemicals处购得。实用发泡剂的进一步 描述例如参见：美国专利US4676835；5158612；5240639和5643510；和1995年6月22日公开的PCT国际申请公开WO95/16515。 
在许多情况下，优选地在石膏制品中产生较大量的空隙，以保持其强度。这可以通过使用产生泡沫的发泡剂来实现，所产生的泡沫当与烧石膏浆料接触时不太稳定。优选地，这可通过掺入大量的已知能产生不太稳定泡沫的发泡剂与少量的已知能产生较稳定泡沫的发泡剂来实现。 
这类发泡剂混合物可以“脱机”预混合，即与制备发泡石膏制品的工艺分开地进行。但是，优选地是同时和连续地，作为该工艺的整体“在线”部分来混合这类发泡剂。例如，这可通过泵送不同发泡剂的单独料流，并将该料流一起或刚好在其之前输送到泡沫发生器中，泡沫发生器的作用是产生随后注入和与烧石膏浆料混合的水泡沫流。通过这种方式的混合，可以简单和有效地调节(例如改变单独料流中一种或两种的流速)混合料中发泡剂的比例，以在发泡的凝固石膏制品中产生要求的空隙特征。这种调节将根据对最终制品的试验，以确定这种调节是否需要来进行。美国专利US5643510和1995年12月22日提出的共同未决美国专利申请08/577367进一步描述了这种“在线”混合和调节。 
用于产生不稳定泡沫的一类发泡剂的实例具有下式 
(Q) 
其中R表示具有2-20个碳原子的烷基，M表示阳离子。优选地，R表示具有8-12个碳原子的烷基。 
用于产生稳定泡沫的一类发泡剂的实例具有下式 
CH3(CH2)XCH2(OCH2CH2)YOS
Figure S071A8899920070621D000122
J) 
其中X表示2-20的数，Y表示0-10的数并且至少50％(重量)的发泡剂中该值大于0，而M表示阳离子。 
在本发明一些优选的实施方案中，将具有上式(Q)和(J)的发泡剂一起混合，使得式(Q)发泡剂和式(J)(Y为O)的发泡剂部分一起占所形成的发泡剂混合物中的86-99％(重量)。 
在本发明一些优选的实施方案中，水泡沫已经由具有下式的预混合发泡剂产生
CH3(CH2)XCH2(OCH2CH2)YOS03Θ
Figure S071A8899920070621D000131
     (Z) 
其中X表示2-20的数，Y表示0-10的数并且在至少50％(重量)的发泡剂中该值为0，而M表示阳离子。优选地，式(Z)发泡剂的86-99％(重量)中Y为O。 
在本发明一些优选的实施方案中，所述方法和组合物用于制备含凝固石膏和补强材料颗粒的复合板，以上述浓度和方式使用了三偏磷酸盐离子。特别优选地是复合制品含有凝固石膏和基质颗粒，至少部分凝固石膏位于和靠近易于接近的基质颗粒的空隙中。本发明组合物含有一种混合物：在其内部具有易于接近的空隙的基质颗粒；烧石膏，至少部分以晶体形式位于和靠近基质颗粒的空隙处；和水溶性三偏磷酸盐。该组合物可与水混合，形成本发明的水、其内部具有易于接近的空隙的基质颗粒、烧石膏(至少其部分以晶体形式位于和靠近基质颗粒的空隙处)和三偏磷酸盐离子的混合物。本方法包括形成这种混合物，将该混合物沉积在一个表面上或注入模具中，使它们凝固和干燥。另一方面，可用与现有技术中制备复合板相应的组合物和方法相同的组分和方式实施该组舍物和方法，例如，正如美国专利US5320677公开的，这里引入本文作为参考。 
在本发明一些优选的实施方案中，所述方法和组合物用于制备可机加工材料，以上述浓度和方式使用了三偏磷酸盐离子。在这些实施方案的一些优选形式中，所述组合物含有烧石膏、水溶性三偏磷酸盐、淀粉和可水再分散性聚合物颗粒的混合物。该组合物与水混合，形成本发明的水、烧石膏、三偏磷酸盐离子、淀粉和可水再分散性聚合物颗粒的混合物。本方法包括形成这种混合物，将该混合物沉积在一个表面上或注入模具中，使它们凝固和干燥。就其它方面而言，除了引入三偏磷酸盐和三偏磷酸盐离子外，可用与现有技术中制备可机加工灰泥材料相应的组合物和方法相同的组分和方式实施该组合物和方法，例如，正如美国专利US5534059公开的，这里引入本文作为参考。 
在本发明一些优选的实施方案中，所述方法和组合物用于制备修饰石膏板边缘之间接缝处使用的材料，以上述浓度使用了三偏磷酸盐或三偏 磷酸盐离子。就其它方面而言，除了引入三偏磷酸盐和三偏磷酸盐离子外，可用与现有技术中用于制备接缝修饰材料相应的组合物和方法相同的组分和方式实施该组合物和方法，例如，正如美国专利US3297601公开的，这里引入本文作为参考。在这种实施方案的一些优选形式中，所述组合物含有烧石膏、水溶性三偏磷酸盐、粘结剂、增稠剂和非均化剂的混合物。该组合物可与水混合，形成本发明的烧石膏、三偏磷酸盐离子、粘结剂、增稠剂和非均化剂的混合物。本方法包括形成这种混合物，将该混合物注入到石膏板边缘之间的接缝处，使它们凝固和干燥。 
在这种优选的接缝修饰实施方案中，粘结剂、增稠剂和非均化剂选自对于接缝复合物技术中那些熟练的技术人员来说众所周知的组分。例如，粘结剂可以是常规的胶乳粘结剂，聚(乙酸乙烯酯)和聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)是优选的，它们在组合物中的含量为约1-15％(重量)。实用的增稠剂的实例是纤维素增稠剂，例如乙羟基乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基羟丙基纤维素或羟乙基纤维素，它们在组合物中的含量为约0.1-2％(重量)。合适的非均化剂的实例是硅镁土、海泡石、膨润土和蒙脱石土，它们在组合物中的含量为约1-10％(重量)。 
在本发明一些优选的实施方案中，所述方法和组合物用于制备隔音瓦，使用了上述浓度的三偏磷酸盐离子。在这种实施方案的一些优选形式中，所述组合物含有水、烧石膏、三偏磷酸盐离子、胶凝化淀粉和矿物棉的混合物或水、烧石膏、三偏磷酸盐离子、胶凝化淀粉、膨胀珍珠岩颗粒和纤维增强剂的混合物。所述方法包括形成这种混合物，将该混合物浇铸到盘槽中，使它们凝固和干燥。就其它方面而言，除了引入三偏磷酸盐离子外，可用与现有技术中制备隔音瓦相应的组合物和方法相同的组分和方式实施该组合物和方法，例如，正如美国专利US5395438和3246063公开的，这里引入本文作为参考。 
下面的实施例进一步说明本发明一些优选的实施方案，并将它们与本发明范围外的方法和组合物进行比较。除非另有说明，组合物和混合物中各材料的浓度按基于烧石膏重量的％(重量)计。缩略语“STMP”表示三偏磷酸钠，缩略语“TMP”表示三偏磷酸盐。
实施例1 
实验室立方体抗压强度
根据本发明制备石膏制品的试样，并与采用不同方法和组合物制备的试样的抗压强度进行对比。根据ASTM C472-93进行该试验。 
用干混合料制备试样：500gβ半水硫酸钙；0.6g从美国石膏公司购买的称为CSA(气候稳定促进剂)的促凝剂，含有涂覆二水硫酸钙的磨细颗粒以保持有效性；和0g添加剂(对照试样)，0.5-2gSTMP(优选的本发明试样)或0.5-2g其它磷酸盐添加剂(对比例试样)。然后在2升WARING混合器中，将试样与700ml温度为70F的自来水混合，使它们浸湿5秒钟，并以低速混合10秒钟。将由此形成的浆料浇铸到模具中，制备立方体(每侧2英寸)。在半水硫酸钙凝固，形成石膏(二水硫酸钙)后，从模具中取出立方体，在112F的通风炉中干燥至少72小时，或直到它们的重量停止改变。经干燥的立方体具有的密度为约44磅/英尺3(pcf)。 
在SATEC试验机上测定每一块立方体的抗压强度。三个试样的平均值作为结果示于下列表1中。对照试样的强度值发生改变，因为使用了各种来源的β半水硫酸钙和/或不同批料的β半水硫酸钙。表中结果示出了按磅/英寸2(psi)测定的抗压强度和与有关的对照组相比强度的变化％(％Δ)。评估测定值具有试验误差为约+/-5％(因此，示出的与对照组相比的强度的增加为10％时，实际上的5-15％之间的任何位置)。
表1
抗压强度
  
            添加剂                   0％     添加剂  (psi)    0.1％        添加剂        (psi；％Δ)    0.2％        添加剂        (psi；％Δ)    0.4％        添加剂        (psi；％Δ)    0.8％        添加剂        (psi；％Δ)   
STMP         987     1054；6.8    1075；8.9    1072；8.6                  
STMP        724     843；16.4    957；32.2    865；19.5    783；8.1    
STMP        742     819；10.4    850；14.6    ------------ ------------              
STMP        714     800；12.0    834；16.8    ------------               ------------              
STMP        842     985；17.0    1005；19.4   1053；25.1   611；-27.4
STMP        682     803；17.7    826；21.1    887；30.1    ------------              
磷酸钠       950      951；0.1     929；．2.2   ------------               ------------              
三磷酸钠     950      993；4.5     873；-8.1    ------------               ------------              
六偏磷酸钠   950      845；-11.1 552；-41.9   ------------               ------------              
磷酸二钙     763      769；0.8     775；1.6     761；-0.3    ------------              
磷酸二钠     763      757；-0.8   728；－4.6   700；-8.3   ------------              
磷酸一钙    一水合物             763                    786；3.0                   766；0.4                   824；8.0     ------------                          
表1数据说明本发明试样(STMP)与对照组相比，强度通常明显增加，而对比例试样的强度通常增加很小，或者强度未增加，或者强度甚至明显下降。 
实施例2 
抗永久性变形(实验室石膏板抗下垂性)
在实验室中，根据本发明制备石膏板试样，并与采用本发明范围外的方法和组合物制备的试样板的抗永久性变形进行对比。 
通过在5升WARING混合器中以低速混合混合料10秒钟制备试样：1.5kgβ半水硫酸钙；2gCSA促凝剂；2升自来水；和0g添加剂(对照试样)，3gSTMP(本发明试样)或3g其它添加剂(对比例试样)。将由此形成的浆料浇铸到盘槽中，制备石膏平板试样，每件试样的大小约为6×24×1/2英寸。在半水硫酸钙凝固形成石膏(二水硫酸钙)后，在112F炉中干燥该板，直到它们的重量停止改变。记录最终测定的每块板的重量。为了避免在潮湿条件下覆盖纸对石膏板下垂性能的影响，在这些板上未贴纸贴面。 
然后将每块干燥板平放在两个1/2英寸宽支承体上的水平位置上，支承体的长度延伸支承满板的整个宽度，在板的每一端有一个支承体。在90F温度和90％相对湿度的连续周围条件下，使该板在这种位置下保持一段特定的时间(在该实施例中为4天)。然后通过测定板顶表面中心到板的顶面端部边缘之间的假想水平面之间的距离(用英寸表示)来确定板的下垂程度。认为板的凝固石膏基质的抗永久性变形与板的下垂程度成反比。因此，下垂程度越大，含凝固石膏基质的板的相对抗永久性变形就越低。 
表2中示出了抗永久性变形的试验，包括添加剂的组成和浓度(按半水硫酸钙计的％重量)，板的最终重量和测定的下垂程度。在对比例试样中使用的添加剂(在本发明范围外)代表了在高温度条件下，试图用来改进抗石膏板下垂的其它物质。
表2 
石膏板下垂的程度
  
              添加剂                       添加剂              (重量％)   板重        (g)    板下垂          (英寸)  
无(对照组)     0          830    0.519   
STMP           0.2        838    0.015   
硼酸           0.2        829    0.160   
磷酸铝钠       0.2        835    0.550   
蜡乳状液       7.5        718   0.411   
玻璃纤维       0.2        838    0.549   
玻璃纤维+硼酸 0.2+0.2    825    0.161   
表2数据表明根据本发明制备的板(STMP)要比对照组的板和非本发明的对比例的板更抗下垂(因此也更抗永久性变形)。此外，根据本发明制备的板的下垂率为每2英尺长的板下垂大大小于0.1英寸，因此人的肉眼不易观察到。 
实施例3 
抗永久性变形(生产线石膏板的抗下垂性)
图1示出了制品重量的比较，图2和3示出了这类制品的抗下垂性。本发明室内1/2英寸天花板的制品重量(即将三偏磷酸盐与烧石膏和水混合)与由美国石膏公司(United States Gypsum Company)制备的室内1/2英寸 
Figure S071A8899920070621D000181
常规石膏板的重量相同。图1中所示的平均1/2英寸室内天花板是由国家石膏公司(National Gypsum Company)制备的Gold Bond 
Figure S071A8899920070621D000182
高强天花板。图1所示的平均5/8英寸石膏板是由美国石膏公司制备的 
Figure S071A8899920070621D000183
5/8英寸Firecode型X石膏板。 
图2是按本发明制备的石膏板的抗下垂性与上述市售的石膏板的抗下垂性的对比图，其中采用常规的U型钉固定和螺钉拧紧的天花板连接件安装所有的试验板。 
图3是按本发明制备的石膏板的抗下垂性与上述市售的石膏板的抗下垂性的对比图，其中采用常规的F2100两部分聚氨酯粘合天花板连接件安 装所有的试验板。 
下面是说明制备图2和3中描述的在下垂比较中使用的天花板的石膏板和其它详细构造： 
A.石膏板— 
1.  1/2英寸×48英寸×96英寸，按本发明制备。 
2.  1/2英寸×48英寸×96英寸，国家石膏公司
Figure S071A8899920070621D000191
高强天花板。 
3.  1/2英寸×48英寸×96英寸，由美国石膏公司制备的常规 
Figure S071A8899920070621D000192
石膏板。 
4.  5/8英寸×48英寸×96英寸，由美国石膏公司制备的SHEETROCK Firecode型X石膏板。 
B.构架-18英寸高×102英寸长，由R.J.Cole公司接缝化合物-USG凝灰岩凝固HES接缝化合物连接的标称为2英寸×3英寸木材制备。接缝带-USG纤维玻璃网自粘附接缝带。 
C.蒸汽阻挡层涂料-#4512银蒸汽阻挡层，项目：246900。 
D.绝缘体-Delta喷吹绝缘体喷吹玻璃棉，岩棉矿物纤维。 
E.喷雾纹理(Texture)-USG 
Figure S071A8899920070621D000194
天花板喷雾纹理QT中聚物。 
F.紧固件-1英寸冠(c.)×1.25英寸长(lg.)×Ga.U型钉，和#6×1.25长干砌壁螺旋钉。Foamseal公司的F2100两部分聚氨酯粘合剂。天花板结构 
A.将2×4s连接于构架两端，以制成构架框架。 
B.用F2100粘合剂将12(12)块石膏板连接到构架框架上。测定平均卷边(bead)宽为1英寸的石膏板。 
C.小心地抬起天花板，将它们放置在预先构建的四面墙的顶部，构成8英尺×48英尺的房屋。 
D.将天花板组件连接到墙的顶板上，在墙的周围用#8×3.5英寸的螺钉固定。采用螺钉和U型钉将石膏板连接到构架上，构成第二块天花板。也要抬天花板并连接到四面(4)墙上。
在每块天花板中，采用3(3)块各种类型的石膏板构成2(2)块天花板。机械固定一块天花板(参见图2)，同时仅用F2100聚氨酯粘合剂固定另一天花板(参见图3)。将不同石膏板类型的石膏板交替沿天花板放平。所使用的构架长为8英尺5英寸，高为18英寸，中心相距(“o.c.”)24英寸隔开。 
使用1英寸冠×1.25英寸长×16Ga.的U型钉在沿接合处中心距7英寸和#6×1.25英寸长的干砌壁螺钉在沿着区域构架中心12英寸处机械固定天花板。 
粘附连接天花板沿着构架使用约1.25英寸的卷边(bead)。在区域构架的一侧上和沿着石膏接合处构架的两侧上的卷边使用卷边。 
连接石膏板使其包装了纸的边缘平行于构架弦杆排列。 
在用胶带粘贴石膏接合处后，测定起始位置。接着，用蒸汽阻挡层涂料涂覆天花板，然后喷涂纹理(textured)。在纹理化后，立即读取第二次读数。然后向构架的顶部吹岩棉绝缘材料。然后读取第三次读数。在向构架顶部吹绝缘材料时，使温度和湿度升高。目标温度和湿度为90°F和90％的相对湿度。将这些条件保持7天，同时每天早晨和下午测定偏差。在7天后，打开房屋，使它们降低至室温。再读取另外3(3)天的下垂测定值，然后结束试验。 
如图2和3所示，按本发明制备的石膏板的抗下垂性要明显好于其它的石膏板，并低于每2英尺长的板下垂约0.1英寸的人的肉眼可观察限值。 
实施例4 
实验室石膏板的抗拔钉性
将按本发明生产的、在实验室制备的典型纸面石膏板试样的抗拔钉性与对照板进行比较。抗拔钉性是复合测定石膏板芯强度、其纸面板强度以及纸和石膏之间的结合。该试验测定拔起通过板的带头钉子直到板上出现主破裂所需的最大力，并根据ASTM C473-95进行。 
在HOBART混合器中以中等速度混合40秒制备浆料：3.0kgβ半水硫酸钙；5gCSA促凝剂；10gLC-211淀粉(现有技术配方中通常包括的用于形成石膏板的干磨酸改性的非预胶凝化小麦淀粉，由Archer Daniels Midland Milling公司销售)；20g锤碎的纸纤维；3升自来水；0-6gSTMP；和0-30gPCF1000预胶凝化的玉米淀粉，由Lauhoff Grain公司销售。 
将由此形成的浆料浇铸到盘槽中的纸顶上，然后向其顶表面上铺纸，制备平的石膏板试样，每块的尺寸为14×24×1/2英寸。在一面上的纸是具有马尼拉外褶(ply)的多褶，在另一面上的纸是多褶的新闻纸条(newsline)，两者都是典型的石膏板工业中制备纸面石膏板使用的纸。然后将每块板保持在350F炉中，直到它们失重25％(重量)，然后转移并保持在112F的炉中，直到它们达到恒重。 
测定最终的板重和抗拔钉性。结果示于表3中。 
表3
抗拔钉性
  
STMP浓度(重量％) PCF1000淀粉(重量％) 板重 (1bs/1000ft2) 抗拔钉性 (1bs)
0 0 2465 150
0.1 0 2454 155
0.2 0 2326 158
0.1 0.5 2458 168
0.2 1.0 2495 176
表3结果表明与对照板相比，按本发明制备的板具有很高的整体强度(抗拔钉性)。 
实施例5 
生产线石膏板的尺寸稳定性和抗永久性变形
在典型的大规模生产线上，在工业石膏板制备装置中制备纸面泡沫石膏板。用各种浓度的三偏磷酸盐离子制备石膏板，并与对照板(未加三偏磷酸盐离子制备)的尺寸稳定性和抗永久性变形性进行对比。在制备一些石膏板时，除了使用三偏磷酸盐离子外，均采用现有技术中生产石 膏板的方法和组分的典型方法和组分制备石膏板。各组分和其大概的重量百分比(用按所使用的烧石膏重量计较窄的范围表示)示于表4中。 
表4
生产石膏板的组分
  
组分 重量％
β半水硫酸钙 100
水 94-98
促凝剂 1.1-1.6
淀粉 0.5-0.7
分散剂 0.20-0.22
纸纤维 0.5-0.7
缓凝剂 0.07-0.09
发泡剂 0.02-0.03
三偏磷酸钠(“STMP”) 0-0.16
再煅烧抑制剂 0.13-0.14
在表4中：促凝剂包括由美国石膏公司生产的二水硫酸钙的磨细糖涂层的颗粒，并称为“HRA”(表示耐热性促凝剂)；淀粉是购自LauhoffGrain公司的干磨酸改性HI-BOND淀粉；分散剂是DILOFLO，购自宾州，Ambler的GEO特种化学品公司(Specialty Chemicals)的萘磺酸盐；纸纤维是锤碎的细纸纤维；缓凝剂是VERSENEX80，一种购自华盛顿，Van Walters & Kirkland的Rogers的螯合剂；发泡剂是WITCOLATE1276，购自Greenwich，Connecticut的Witco公司；三偏磷酸钠购自St.Louis，Missouri的Monsanto公司；再煅烧抑制剂是CERELOSE2001，用于干燥期间减少最终板制品再煅烧的右旋糖。 
在4英尺宽的连续生产线上生产石膏板：向混合器中连续地加入各组分并进行混合，形成含水浆料(在单独的泡沫产生系统中，使用发泡剂产生水泡沫；通过混合器将泡沫输入到浆料中)；连续地在传送带上的纸面板(贴面纸)沉积该浆料；将另一块纸面板(底面纸)覆盖在沉积浆 料上，形成1/2英寸厚的石膏板；当半水硫酸钙水化，形成二水硫酸钙，其水化程度足以使浆料硬化到足以精确地切割时，切割移动的石膏板，使得单块板的尺寸为约12×4英尺和1/2英寸厚；在加热的多层烘干炉中干燥该石膏板。 
然后如实施例2所述，通过测定下垂性来确定所述板的抗永久性变形，不同的只是将生产的板切割成约1英尺×4英尺(该1英尺是在生产线的方向上，即平行方向上)的试验板。在将试验板置于90F的温度和90％相对湿度的环境下24、48和96小时后，进行下垂测定。表5示出了用各种浓度的三偏磷酸盐离子生产的本发明试样和在本发明试样生产前后立即生产的对照试样(0％三偏磷酸钠)的结果。 
表5
生产线石膏板的下垂
(1英尺×4英尺板)
  
STMP      浓度      (重量％)   24小时后  的板下垂  (英寸)     48小时后  的板下垂  (英寸)     96小时后  的板下垂  (英寸)    
0(前)      3.45      3.95     5.27    
0．004    3.23     3.71     5.19    
0．008    2.81     3.31     4.58    
0．016    1.72     1.91     2.58    
0．024    0.96     1.12     1.61    
0．04     0.49     0.68     0.82     
0．08     0.21     0.24     0.29    
0(后)     3.65      4.58     6.75    
表5数据表明当STMP的浓度增加时，与对照板相比，按本发明制备的石膏板的抗下垂性逐渐增大(因此抗永久性变形性逐渐增大)。 
表5A进一步示出了由本发明组合物和方法提供的抗下垂性。更具体地说，表5A示出了下垂，即根据ASTMC473-95测定的尺寸为1英尺×2英尺，配方与上述表4相同的生产线石膏板的加湿偏差。表5A示出了按照ASTMC473-95测定的抗下垂趋势与图5所示的长石膏板(1英尺×4 英尺)的抗下垂趋势相同。 
表5A 
生产线石膏板的ASTM C473-95 
加湿偏差试验的结果 
Figure S071A8899920070621D000241
还测定湿的12×4英尺生产线石膏板和最终干燥的12×4英尺生产线石膏板(根据ASTM C473-95测定)，以确定干燥后它们的宽度和长度的收缩量。板越收缩，它们的尺寸稳定性就越差。结果示于表6中。
表6
生产线石膏板的收缩率
  
STMP浓度(重量％) 板宽收缩率(英寸/4英尺) 板长收缩率(英寸/12英尺)
0(对照组) 0.13 0.38
0.004 0.06 0.38
0.008 0 0.31
0.016 0 0.25
0.024 0 0.25
0.040 0 0
0.080 0 0
0.16 0 0
表6数据表明了按本发明制备的板的尺寸稳定性比对照组的板好。在STMP的添加量为0.04％和以上时，没有发现长度和宽度的收缩。 
实施例6 
在加湿和冷凝条件下的抗下垂性(生产线石膏板)
附加的试验说明了本发明组合物和方法提供的抗下垂性。更具体地说，试验生产线天花板，其中可控冷凝是在置于天花板和搁栅之间的蒸汽阻挡层处进行。该试验的方法如下。建造小规模的搁楼和室内围墙。将小搁楼的顶部和侧面空间绝缘，保持冷却，以在天花板处获得可控的冷凝。天花板的面积为8英尺×8英尺，门框的尺寸为2英尺×8英尺，中心距为24英寸。室内空间的顶部和侧面由6密尔聚合物(poly)蒸汽阻挡层包围，提高室内空间的湿度，以在天花板处获得可控的冷凝。 
将两块4英尺×8英尺的试验材料的板(一块是试验制品，一块是对照制品)并排连接到构架上，在板的上面直接设置有6密尔聚乙烯的蒸汽阻挡层。板的端部未被固定。通过蒸汽加湿器提高室内的湿度，同时使用窗式空调装置降低搁楼内的温度。调节加湿器的蒸汽输出，直到在天花板上面的蒸汽阻挡层处发生恒定的冷凝。整个试验过程中不一定保持恒 温和恒定的湿度。因此，结果应该被认为是试验制品和对照制品之间的抗下垂性能的相对测量，没有试图预测限定条件环境下的下垂量。 
然后沿着板周期性地测定三个位置处(每对构架之间的中跨处)的天花板的下垂，给出了每次试验每块制品总共6次偏差的读数。在每次下垂测定中，记录搁楼和室内围墙范围内的温度。 
对于背景信息而言，下面示出了理论露点条件(假定室内温度恒定在70°F)。 
室温      室内相对湿度     搁楼温度 
70°F     50％             51°F 
70°F     60％             56°F 
70°F     70％             60°F 
70°F     80％             63°F 
70°F     90％             68°F 
试验是采用下列材料在19天的期限内进行的：1/2英寸按本发明的生产线石膏板；和5/8英寸前述的Firecode型X石膏板。结果示于下列图4中，并示出了按本发明制备的石膏板的下垂量始终比对照组(即前述的5/8英寸Firecode型X石膏板)的小。 
在该试验中，在第8天读出后立即施加在每个构架之间的中跨上的分布负荷为1.0磅/线性英尺。施加的该负荷明显地增加了对照板的下垂，但是，对本发明板的影响不大。如图4所示，按本发明制备的石膏板的下垂偏差明显低于人的肉眼观察的范围，即每2英尺长小于0.1英寸。 
实施例7 
生产线石膏板的抗拔钉性
在典型的大规模生产线上，在石膏板制备装置中制备另一套纸面泡沫石膏板。用三种浓度的三偏磷酸盐离子制备该石膏板，并与对照板(未加三偏磷酸盐离子制备)的抗拔钉性进行对比。 
除了在一些板的制备中使用三偏磷酸盐离子外，均采用现有技术石膏板生产方法和组分的典型方法和组分制备石膏板。其组分和其重量百分比与上述表4中所列的相同。实施例5中描述了所述板的制备方法。
根据ASTMC473-95测定抗拔钉性。表7中示出了用各种浓度的三偏磷酸盐离子制备的本发明试样和在本发明试样制备前后立即制备的对照试样(0％三偏磷酸钠)的结果。 
表7
生产线石膏板的抗拔钉性
  
STMP浓度(重量％) 抗拔钉性 (1bs)
0(前) 89
0.04 93
0.08 96
0.16 99
0(后) 90
表7结果表明与对照板相比，按本发明制备的石膏板具有更高的整体强度(抗拔钉性)。 
实施例8 
生产线石膏板纸结合整体性
在典型的大规模生产线上，在石膏板制备装置中制备另一套纸面泡沫石膏板。用各种浓度的三偏磷酸盐离子、预胶凝化的淀粉和未预胶凝化的淀粉制备所述板，并与对照板(未加三偏磷酸盐离子或预胶凝化淀粉)的石膏板芯和其贴面纸之间结合的整体性(在调节到极其潮湿和加湿条件下后)进行对比。 
除了在一些板的制备中引入三偏磷酸盐离子和预胶凝化的淀粉和改变未预胶凝化的淀粉的浓度外，均采用现有技术石膏板生产方法和组分典型的方法和组分制备石膏板。其组分和重量百分比与上述表4中所列的相同。在实施例5中描述了所述板的制备方法。 
试验中使用的预胶凝化淀粉是PCF1000，购自Lauhoff Grain公司。未预胶凝化的淀粉是HI-BOND，购自Lauhoff Grain公司的干磨酸改性未预胶凝化淀粉。
在生产线制备石膏板后，将该板切割成尺寸为4×6×1/2英寸(该4英寸是在生产线的方向上)的试样。然后通过使覆盖纸外表面总区域的正面与完全浸透水的布在90F的环境温度和90％的相对湿度下保持接触约6小时，来调节这些每一块小块板试样，然后除去湿布，使板试样在相同的环境下缓慢干燥，直到它们达到恒重(通常约3天)。然后在距一个6英寸边缘2.5英寸并与该6英寸边缘平行的板试样的背面上刻出一根1/8英寸深的直刻痕。然后使该板芯沿着该刻痕折断，又不使板的正面上的纸破坏或承受应力，接着使板试样较大一块(2.5×6英寸)旋转，向下施加力，同时使小块试样的其背面向上保持静态和水平，目的是施加力，从大块板上剥离下板正面上的贴面纸。增加该力直到两块板完全分开。然后检测大块板的正面，以确定贴面纸完全从芯表面上剥离(也称为“完全剥离”)的表面百分率。表8中示出了该百分率，用“％结合失败”表示。 
表8
生产线石膏板纸结合失败
  
HI-BOND浓度(重量％) STMP浓度(重量％) PCF1000浓度(重量％) 结合失败(％)
0.60 0 0 87
0.60 0.08 0 97
0.96 0.08 0 97
0.60 0.08 0.16 42
0.60 0.08 0.32 0
0.28 0.08 0.32 20
0.60 0 0 83
表8数据示出了在极其潮湿的条件下，纸与芯结合失败的问题：STMP使该问题更加严重；增加典型的未预胶凝化淀粉(HI-BOND)的浓度不会使该问题减轻；加入一些预胶凝化淀粉(PCF1000)则减轻或消除了该问题。 
实施例9
二水硫酸钙的后处理
在本发明一些其它的优选实施方案中，用三偏磷酸盐离子水溶液，以足以将三偏磷酸盐离子水溶液均匀分散在二水硫酸钙浇铸体中的方式处理二水硫酸钙浇注体，以提高再干燥后凝固石膏制品的强度、抗永久性变形(例如抗下垂)和尺寸稳定性。更具体地说，已经发现用三偏磷酸盐离子处理二水硫酸钙浇铸体，提高强度，抗永久性变形(例如抗下垂)和尺寸稳定性的程度与将三偏磷酸盐离子加入到烧石膏中的实施方案所达到的效果类似。因此，将三偏磷酸盐离子加入到凝固石膏中的实施方案提供了制备改进石膏制品的新型组合物和方法，所述石膏制品包括(但不仅限于此)板、栅栏、灰泥、瓦、石膏/纤维素纤维复合材料等。因此，由本发明的实施方案将有利地获得需要严格控制抗下垂性的任何石膏基制品。所述处理还可使石膏浇铸体的强度提高约15％。可通过喷雾或用含三偏磷酸盐离子的水溶液浸湿，使0.04-2.0％(按石膏重量计)的三偏磷酸盐离子渗入到石膏浇铸体中，然后再干燥石膏浇铸体。 
下面是后处理凝固石膏的两种方法： 
1)将灰泥和其它添加剂(干基)   2)将灰泥和其它添加剂(干基) 
+水制成浆料                           +水制成浆料 
   ↓                                     ↓ 
发泡(降低重量或密度)                混合/搅拌(湿法) 
   ↓                                       ↓ 
石膏浇铸/最终凝固                     石膏浇铸/最终凝固 
和干燥                                      ↓ 
     ↓                                用STMP进行后处理 
用STMP进行后处理                        (喷雾表面) 
(喷雾或浸湿)                                 ↓ 
      ↓                                干燥石膏制品 
再干燥石膏浇铸体                             ↓ 
      ↓                                改进的石膏制品 
改进的石膏制品
在上述两种方法中，以优选的含量和方式提供三偏磷酸盐离子水溶液，足以使二水硫酸钙浇铸体中的三偏磷酸盐离子的浓度(按二水硫酸钙的重量计)达到约0.04-0.16％(重量)。 
用上述第一种方法降低下垂偏差(即抗下垂)的有益效果示于图5中。图5中示出了制备5块板并试验其下垂偏差的结果。板的干基重量为750-785g。对照板在石膏浇铸/最终凝固和干燥后未再被施加任何溶液。板上标记仅施加水的板是指只向凝固和干燥的石膏浇铸体喷雾水，然后再干燥。板上标记STMP溶液的板是指向凝固和干燥的石膏浇铸体喷雾了1％(重量)的三偏磷酸盐离子水溶液，然后再干燥。板上标记石膏-STMP溶液的板是指向凝固和干燥的石膏浇铸体喷雾了用石膏饱和并含1％(重量)三偏磷酸盐离子的水溶液混合物，然后再干燥。通常，优选地是喷雾含0.5-2％浓度的三偏磷酸盐离子水溶液。在STMP溶液板和石膏-STMP溶液板中的三偏磷酸盐离子的最终含量按用于制备石膏浇铸体的灰浆重量计为0.2％和按所形成的凝固石膏板的重量计为0.17％。 
实施例10 
高盐材料的处理
本发明的另一些实施方案涉及用含高浓度氯离子或其盐(即按混合物中硫酸钙材料的重量计至少0.015％(重量))的硫酸钙材料和水的混合物制备凝固石膏制品。氯离子或其盐可以是硫酸钙材料本身和混合物中使用的水(例如海水或含盐地下水)中的杂质，它们在本发明之前不能被用来制备稳定的凝固石膏制品，是因为附带的问题，例如砂眼、纸结合失败、端面燃烧(end burning)、较差的抗永久性变形、低强和低尺寸稳定性。 
表9中的试验涉及按与实施例2描述的相同方式制备和处理的石膏板，所不同的只是在混合物中加入了各种含量的氯离子和三偏磷酸盐离子。按实施例2描述的相同方式试验下垂偏差。
Figure S071A8899920070621D000311
表10中的试验示出了通过用三偏磷酸盐离子处理可使用含高浓度氯离子或其盐的混合物。按与实施例4相同的方式制备和处理该板，所不同的只是在混合物中加入了各种含量的氯离子和三偏磷酸盐离子。按与实施例8相同的方式试验石膏板芯和其贴面纸之间的结合整体性。
Figure S071A8899920070621D000331
表11示出了用三偏磷酸盐离子和高盐酸盐物质的PFC1000淀粉(灰浆中的氯化钠含量为0.08-0.16％(重量))处理板，该板另外按与上述实施例5相同的方式制备和处理。如表11所示，与未加氯化钠的对照板相比，所述处理导致拔钉强度增加(按与实施例4的相同方式，即ASTMC473-95测定)并提供了类似的结合性能(按与实施例8相同的方式测定)。此外，用三偏磷酸盐离子进行处理，明显地改进了加湿下垂，甚至盐酸盐加入量高达0.3％。
Figure S071A8899920070621D000351
表12示出了用三偏磷酸盐离子和含更高盐酸盐物质(比表11中的高)的PFC1000淀粉(灰浆中的盐酸盐含量为0.368％(重量))的处理板，该板按与上述实施例5相同的方式另外制备和处理。如表12所示，与对照板相比，所述处理导致拔钉强度增加(按与实施例4的相同方式，即ASTMC473-95测定)并提供了更好的结合性能(按与实施例8相同的方式测定)。
Figure S071A8899920070621D000371
实施例11 
用各种增强材料处理烧石膏
在上述优选实施方案的实施例中，增强材料是三偏磷酸盐离子。但是，通常落入上述增强材料一般定义范围内的任何增强材料在烧石膏的处理中将产生积极的效果(例如提高了抗永久性变形)。通常使用的增强材料是缩合的磷酸，每一种含有2个或多个磷酸单元；缩合的磷酸盐或缩合磷酸盐离子，每一种含有2个或多个磷酸盐单元。 
这类增强材料的特定实施例包括例如下列的酸或盐、或它们的阴离子部分：分子式为(NaPO3)3的三偏磷酸钠、具有6-27个重复磷酸盐单元和分子式为Nan+2PnO3n+1的六偏磷酸钠(其中n＝6-27)、分子式为K4P2O7的焦磷酸四钾、分子式为Na3K2P3O10的三磷酸三钠二钾、分子式为Na5P3O10的三磷酸钠、分子式为Na4P2O7的焦磷酸四钠、分子式为Al(PO3)3的三偏磷酸铝、分子式为Na2H2P2O7的酸式焦磷酸钠、具有1000-3000重复磷酸盐单元并具有分子式为(NH4)n+2PnO3n+1的聚磷酸铵(其中n＝1000-3000)、或具有2个或多个重复磷酸单元并具有分子式为Hn+2PnO3n+1的多磷酸(其中n为2或以上)。 
表13、14和15中示出了使用这类增强材料处理烧石膏的结果。 
在表13中，在石膏板和立方体的制备过程中，使用各种增强材料处理烧石膏。按与上述实施例2相同的方式制备和处理所述板。按与上述实施例1相同的方式制备和处理立方体。所不同的只是在这两种情况下，使用各种不同的增强材料，而不是仅仅使用的三偏磷酸盐离子。按与上述实施例2相同的方式测定加湿的下垂偏差。按与上述实施例1相同的方式测定抗压强度。 
在表14中，在石膏板和立方体的制备过程中，使用多磷酸处理烧石膏。按与实施例2相同的方式制备和处理板。按与上述实施例1相同的方式制备和处理立方体。所不同的只是在这两种情况下，使用各种不同的增强材料，而不是仅仅使用的三偏磷酸盐离子。按与上述实施例2相同的方式测定加湿的下垂偏差。按与上述实施例1相同的方式测定抗压强度。 
在表15中，在石膏板和立方体的制备过程中，使用聚磷酸铵 (“APP”)处理烧石膏。按与上述实施例2相同的方式制备和处理板。按与上述实施例1相同的方式制备和处理立方体。所不同的只是在这两种情况下，使用各种不同的增强材料，而不是仅仅使用的三偏磷酸盐离子。按与上述实施例2相同的方式测定加湿的下垂偏差。按与上述实施例1相同的方式测定抗压强度。 
表13、14和15的结果示出了当在凝固石膏制品的生产中使用增强材料处理烧石膏时，与对照组相比，在上述增强材料定义范围内试验的所有材料使制品具有明显的抗永久性变形。
Figure S071A8899920070621D000401
Figure S071A8899920070621D000411
Figure S071A8899920070621D000421
实施例12 
用各种增强材料处理二水硫酸钙浇铸体
通常，落入上述增强材料一般定义范围内的任何增强材料在二水硫酸钙浇铸体的处理过程中将产生积极的效果(例如提高了抗永久性变形和提高了强度)。通常使用的增强材料是缩合磷酸，每一种含有2个或多个磷酸单元；缩合磷酸盐或缩合磷酸盐离子，每一种含有2个或多个磷酸盐单元。 
表16中示出了使用这些增强材料处理二水硫酸钙浇铸体的结果。 
在表16中，使用各种不同的材料处理板状和立方体状的凝固和干燥的二水硫酸钙。按与上述实施例2相同的方式制备板，并按与实施例9相同的方式进一步处理该板。按与上述实施例1相同的方式制备立方体并按与实施例9类似的方式进一步处理该立方体。所不同的只是在这两种情况下，使用各种不同的增强材料，而不是仅仅使用的三偏磷酸盐离子。按与上述实施例2相同的方式测定加湿的下垂偏差。按与上述实施例1相同的方式测定抗压强度。 
表16的结果示出了当使用增强材料处理凝固和干燥的二水硫酸钙浇注体时，与对照组相比，在上述增强材料定义范围内试验的所有材料使制品具有明显的抗永久性变形性和明显提高的强度。
Figure S071A8899920070621D000441
上文具体地借助于某些优选的实施方案已经详细描述了本发明，但是应该理解在本发明的精神和范围内的各种改变和改进都是有效的。

Claims (37)

1.一种组合物，含有一种混合物，所述混合物含有硫酸钙材料、水和一种或多种选自以下的增强材料：三偏磷酸盐、具有6-27个重复磷酸盐单元的六偏磷酸钠和具有1000-3000个重复磷酸盐单元的聚磷酸铵或它们的阴离子部分，其中所述增强材料的量基于所述硫酸钙材料的重量计为0.004-2.0重量％，和其中当所述组合物为含凝固石膏产品形式时，所述产品具有提高的抗永久变形性。
2.根据权利要求1的组合物，其中所述混合物还包含预胶凝化淀粉。
3.根据权利要求1的组合物，还包含淀粉和可水再分散的聚合物颗粒，并且其中所述硫酸钙材料是半水硫酸钙。
4.根据权利要求1的组合物，还包含粘合剂、增稠剂和非均化剂，并且其中所述硫酸钙材料是半水硫酸钙。
5.根据权利要求1的组合物，还包含胶凝化淀粉和矿物棉。
6.根据权利要求1的组合物，还包含胶凝化淀粉、膨胀珍珠岩颗粒和纤维增强剂。
7.根据权利要求1的组合物，还包含促凝剂。
8.根据权利要求1的组合物，其中所述增强材料为三偏磷酸盐。
9.使用权利要求1-8中任一项的组合物制成的含凝固石膏的制品。
10.根据权利要求9的含凝固石膏的制品，其中所述含凝固石膏的制品是石膏板。
11.根据权利要求10的含凝固石膏的制品，其中所述石膏板包括三偏磷酸盐化合物。
12.根据权利要求10的含凝固石膏的制品，其中所述硫酸钙材料为烧石膏，所述增强材料为至少一种三偏磷酸盐化合物，所述石膏板的抗下垂性按ASTM C473-95测定小于0.1英寸每两英尺长所述石膏板，其中所述三偏磷酸盐离子的浓度按所述烧石膏的重量计为0.004-2.0重量％。
13.根据权利要求11的含凝固石膏的制品，其中所述三偏磷酸盐选自三偏磷酸钠、三偏磷酸锂、三偏磷酸钾、三偏磷酸铵和三偏磷酸铝或它们的阴离子部分或它们的混合物。
14.根据权利要求13的含凝固石膏的制品，其中三偏磷酸盐为三偏磷酸钠。
15.根据权利要求12的含凝固石膏的制品，所述石膏板还包括预胶凝化淀粉。
16.根据权利要求15的含凝固石膏的制品，所述预胶凝化淀粉的量为烧石膏的0.08-0.5重量％。
17.根据权利要求16的含凝固石膏的制品，所述预胶凝化淀粉的量为烧石膏的0.16-0.4重量％。
18.根据权利要求16的含凝固石膏的制品，所述预胶凝化淀粉的量为烧石膏的0.3重量％。
19.根据权利要求10的含凝固石膏的制品，其中所述凝固石膏具有均匀分布其中的空隙。
20.石膏板，其包括夹在覆盖板之间的芯材料，其中芯材包括凝固石膏，所述的板按以下方法制备，该方法包括：
在覆盖板之间形成或沉积混合物，其中所述混合物含有权利要求1-8中任一项的组合物，和
使该混合物保持在足以使硫酸钙材料形成凝固石膏的条件下，
混合物中所含的增强材料的量基于硫酸钙材料的重量计为0.004-2.0重量％，从而使得石膏板具有提高的抗永久变形性。
21.制备具有提高的抗永久性变形性的含凝固石膏的制品的方法，包括：
形成权利要求1的组合物，该组合物还包含促凝剂，
使该组合物保持在足以使硫酸钙材料形成凝固石膏的条件下，
该组合物中所含的增强材料的量基于硫酸钙材料的重量计为0.004-2.0重量％，从而使得所述含凝固石膏的制品的抗永久性变形性要比组合物中未含该增强材料的情形大。
22.根据权利要求21的方法，其中组合物中增强材料的浓度基于硫酸钙材料的重量计为0.04-0.16％重量。
23.根据权利要求21的方法，其中组合物中增强材料的浓度基于硫酸钙材料的重量计为0.08％重量。
24.根据权利要求21的方法，其中增强材料选自一种或多种下列的盐或它们的阴离子部分：三偏磷酸钠和具有1000-3000个重复磷酸盐单元的聚磷酸铵。
25.根据权利要求24的方法，其中组合物中增强材料的浓度基于硫酸钙材料的重量计为0.08％重量。
26.根据权利要求24的方法，其中所述组合物还包括预胶凝化淀粉。
27.根据权利要求21的方法，其中组合物还含有至少0.015％重量的氯离子或其盐，基于组合物中硫酸钙材料重量计。
28.根据权利要求21的方法，其中组合物含有0.02-1.5％重量的氯离子或其盐，基于混合物中硫酸钙材料重量计。
29.根据权利要求27的方法，其中所述一种或多种增强材料选自三偏磷酸盐、具有6-27个重复磷酸盐单元的六偏磷酸钠或它们的阴离子部分。
30.根据权利要求27的方法，其中所述组合物还包括预胶凝化淀粉。
31.根据权利要求21的方法，其中：所述含凝固石膏的制品是包括在覆盖板之间夹有芯材的石膏板，其中芯材含有凝固石膏；并且所述板通过在覆盖板之间沉积烧石膏、水和三偏磷酸盐化合物的混合物而形成组件，使所得到的组件凝固和干燥而形成。
32.根据权利要求31的方法，其中，所述含凝固石膏的制品含有补强材料。
33.根据权利要求31的方法，其中，所述含凝固石膏的制品含有基质颗粒并且至少部分凝固石膏位于和靠近易于接近的基质颗粒的空隙处。
34.根据权利要求31的方法，其中所述含凝固石膏的制品是石膏板，所述板具有提高的抗下垂性。
35.根据权利要求21的方法，其中组合物还含有0.015-1.5％重量的氯离子或其盐，基于组合物中硫酸钙材料重量计。
36.根据权利要求35的方法，其中组合物含有0.02-1.5％重量的氯离子或其盐，基于组合物中硫酸钙材料重量计。
37.按权利要求21的方法制备的含凝固石膏的制品。
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