CN101272993B - 墙板中的硅氧烷聚合 - Google Patents

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Abstract

硅氧烷的聚合可使用基于石膏的浆液来改进，所述浆液包括灰泥、C类粉煤灰、氧化镁和硅氧烷与水的乳液。此浆液是用于制造防水石膏物件的方法中，所述方法包括：制备硅氧烷和水的乳液，随后将所述浆液与灰泥、氧化镁和C类粉煤灰的干混合物组合。接着视需要使所述浆液成形，并且使所述灰泥凝固并使所述硅氧烷聚合。所得产物可用于制造防水石膏面板，其具有包括二水合硫酸钙晶体和硅树脂的交织基质的芯部，其中所述交织基质具有分散于其中包含氧化镁和来自C类粉煤灰的组分的催化剂。

Description

墙板中的硅氧烷聚合
技术领域
本发明涉及一种制造包括硅氧烷的防水石膏产品的方法。更具体说来，本发明涉及加入新颖催化剂以使石膏产品中的硅氧烷硬化。
背景技术
基于石膏的建筑产品被普遍用于建筑物中。由石膏制成的墙板能够防火并且能够用于构建几乎任何形状的墙壁。其主要用作内壁和天花板产品。石膏具有隔音特性。当被损坏时，相对易于修补或更换。现有多种可应用于墙板的面层装饰，包括油漆和墙纸。即使具有这些优势，石膏仍然是相对廉价的建筑材料。
石膏也称为二水合硫酸钙、白土(terra alba)或石膏粉(landplaster)。熟石膏(plasterof Paris)也称为煅烧石膏、灰泥、半水合硫酸钙。还可使用作为电厂烟气脱硫过程的副产物的合成石膏。当开采生石膏时，通常发现其为二水合物的形式。在这种形式中，存在约两个水分子的水与每一分子硫酸钙结合。
为制造半水合物形式的石膏，可对石膏进行煅烧以分离出一部分水合的水，如以下方程式所示：
CaSO4·2H2O→CaSO4·1/2H2O+3/2H2O。
可通过将灰泥与水混合并且使其凝固，利用使半水合硫酸钙与水反应以将半水合物转化成二水合硫酸钙晶体的互锁(interlocking)基质来制造许多有用的石膏产品。随着所述基质形成，产品浆液变得坚实并且能够保持所需的形状。随后必须通过干燥将过量的水从产品中去除。
在无添加剂阻止的情况下，当将凝固石膏浸入水中时，它会吸水而使重量增加多达50％。吸水膨胀的板或面板会变形并且强度降低。这种特性对于可能暴露于水的产品来说是不合需要的。在诸如浴室或厨房等区域中，高温和高湿相当常见，并且墙壁可能会受喷溅。在这些区域中，优选使用石膏板，其展现防水性能，因此能够保持强度和尺寸稳定性。
已进行多次尝试来改进石膏产品的防水性能。已将各种烃(包括蜡、树脂和沥青)加到浆液中以便赋予凝固产品防水性能。众所周知，使用在石膏产品中形成硅树脂的硅氧烷来赋予防水性能。
尽管在石膏浆液中使用硅氧烷是一种赋予成品防水性能的有用方式，但也存在与其有关的缺点。当将硅氧烷加到石膏浆液中以于原位形成硅树脂时，会减缓硬化。硅氧烷形成反应性硅烷醇中间体，从而得到聚甲基硅酸，所述聚甲基硅酸会交联形成硅树脂。所述反应进行缓慢，通常持续到石膏凝固之后，并且需要一到两周的时间来充分显现防水性能。使用这种方法制造的墙板必须存放一段足够的时间，来使所述板在运输之前显现防水性能。在一些情况中，硅氧烷可能无法在合理的时间内硬化，或者可能无法完全硬化。在这些情况下，石膏板无法显现达到令人满意程度的防水性能。此外，无法完全硬化将导致使用较大剂量的硅氧烷，从而导致原材料成本的增加。
已知诸如碱土氧化物和氢氧化物的催化剂可加速灰泥浆液中硅氧烷的硬化反应。这些催化剂相对易溶于水并且能够升高浆液的pH值。高pH值会干扰灰泥的再水合作用，并且会与一些优选墙板添加剂发生不利反应。因此，尽管这些催化剂能促进硅氧烷聚合，但基于其它方面考虑仍认为利用这些催化剂并不合乎人意。
已知氧化镁(“MgO”)催化硅氧烷反应，但在催化剂反应性足够高以使硅氧烷完全硬化的情况下，会引起所不希望的破裂。轻烧MgO具有使硅氧烷迅速硬化所需的活性，但这种活性会导致不良副反应。这些副反应将产生氢，会引起产物膨胀并且使凝固的石膏破裂。硬烧(hard-burned)或重烧(dead-burned)MgO具有较低反应性，但产生具有较低防水性的产物。因此，当单独使用MgO时，很难使催化剂活性与所需的硅氧烷聚合程度达到平衡。
也存在很难驱动硅氧烷聚合的某些灰泥来源。石膏是各种形式硫酸钙、盐和各种铝酸盐、硅酸盐和铝硅酸盐的复杂混合物。显然，一些石膏来源包括一种或多种抑制硅树脂形成的组分。当使用这些灰泥时，已知催化剂达不到小于5％吸水性的所需防水水平。
因此，所属领域需要以合理的成本制造具有改进防水性的防水石膏物件的催化剂和方法。这种催化剂应相对廉价、对于硅氧烷聚合具有良好活性，同时产生极少的不良副反应。催化剂与其它常用石膏添加剂之间应存在极少干扰。
发明内容
通过本发明可满足或超越这些需求和其它需求，其将加速硅氧烷的聚合并且在一些情况中降低满足ASTM1398的规范所需的硅氧烷的量。
更具体说来，可使用包括灰泥、C类粉煤灰(fly ash)、氧化镁和硅氧烷与水的乳液的浆液来改进硅氧烷的聚合。这种浆液可用于制造防水石膏物件的方法中，所述方法包括：制备硅氧烷与水的乳液，随后将所述浆液与灰泥、氧化镁和C类粉煤灰的干燥混合物组合。随后视需要使所述浆液成形，并且使灰泥凝固并使硅氧烷聚合。
所得产物可用于制造防水石膏面板，其具有包括二水合硫酸钙晶体和硅树脂的交织基质的芯部，其中所述交织基质具有包含氧化镁和来自C类粉煤灰的组分的催化剂分散于其中。
氧化镁和C类粉煤灰的混合物将催化硅氧烷的聚合，从而加速由所述浆液制造的产品显现防水性能。防水产品(诸如墙板)无需存放很长时间来等待硅氧烷聚合反应的完成。
使用这种催化剂也增加反应的程度，使防水性能得到改进。使用粉煤灰和氧化镁的组合也可达到小于5重量％的吸水率，而这是用单独任一种催化剂无法达到的。因此，除引起聚合反应加速外，这种催化剂还使硅氧烷聚合更完全，从而使得硅氧烷的量在一些情况下降低。由于硅氧烷是较为昂贵的墙板添加剂之一，故降低剂量可以节约原材料成本。
本发明的另一个优势在于产物的尺寸稳定性。用于催化这一反应的一些化合物随着产物干燥而引起明显的膨胀。随着板内部膨胀，将会引起板外表面的破裂，从而导致板损坏。使用粉煤灰和氧化镁将在成品中引起极少膨胀和极少的破裂。
这种组合的粉煤灰和氧化镁催化剂还能通过使用各种氧化镁等级达到令人满意的聚合。尽管现有技术只揭示重烧氧化镁适于充当硅氧烷聚合的催化剂，但当与粉煤灰组合时，甚至还可使用硬烧或轻烧的氧化镁。这种特征使得石膏产品的制造商在选择准备用于浆液中的氧化镁来源时更为自由。
附图说明
无
具体实施方式
本发明广泛地涵盖，通过将可聚合硅氧烷加到用于制造基于石膏的物件的浆液中来改进所述基于石膏的物件的防水性能。优选地，硅氧烷是以乳液的形式加入。随后使浆液在促进硅氧烷聚合形成高度交联的硅树脂的条件下成形并干燥。将促进硅氧烷聚合形成过高度交联的硅树脂的催化剂加到石膏浆液中。
硅氧烷优选一般为氢改性的流体线性硅氧烷，但也可为氢改性的环状硅氧烷。所述硅氧烷能够形成高度交联的硅树脂。所属领域技术人员众所周知此类流体，并且在市面有售并描述于专利文献中。通常，可用于实施本发明的氢改性线性硅氧烷包含具有以下通式的重复单元的硅氧烷：
Figure S2006800274132D00041
其中R表示饱和或不饱和单价烃基。在优选实施例中，R表示烷基并且最优选R为甲基。在聚合过程中，通过缩合去除末端基团并且将硅氧烷基连接在一起形成硅树脂。还发生链的交联。随着所得硅树脂形成，赋予石膏基质防水性。
优选本发明的基于石膏的防水物件是用Wacker-Chemie GmbH公司(Munich，Germany)销售的名称为SILRES BS94的硅氧烷，即一种无溶剂甲基氢硅氧烷流体制造。制造商指出，这种产品是不含水或溶剂的硅氧烷流体。预期可使用以干成分的重量计约0.3％到1.0％的BS94硅氧烷。优选使用以干灰泥重量计约04％到约0.8％的硅氧烷。
形成浆液后，使硅氧烷与水形成乳液或稳定悬浮液。预期多种硅氧烷乳液可用于此浆液中。硅氧烷于水中的乳液可购得，但其可能包括倾向于改变石膏物件的特性(诸如，墙板产品中的纸粘结(paper bond)的乳化剂。因此优选在不使用乳化剂的情况下制备的乳液或稳定悬浮液。优选通过将硅氧烷流体与水混合而原位形成悬浮液。重要的是，硅氧烷悬浮液在到达叶式混合器(pin mixer)之前应当稳定并且在浆液条件下保持良好的分散。硅氧烷悬浮液或乳液必须在浆液中存在的可选添加剂(诸如凝固加速剂)存在下保持良好的分散。硅氧烷悬浮液或乳液还必须在形成基于石膏的物件的步骤中也始终保持稳定。优选悬浮液保持稳定40分钟以上。更优选其保持稳定至少1小时。在下文的论述和权利要求中，术语“乳液”旨在包括在至少灰泥50％凝固以前稳定的真乳液和悬浮液。
在优选实施例中，将至少一部分定量水持续馈入高剪切混合器中。将硅氧烷流体和水一起计量到高剪切混合器中以在1-2秒内形成乳液。水与硅氧烷的比例并非关键，并且已知25份水与1份硅氧烷的混合物是适用的。这种乳液在不加入乳化剂的情况下能够稳定数分钟，这段时间对于混合浆液、形成物件并且使其开始凝固来说足够长。在替代实施例中，也预期使用一部分定量水来形成乳液。将定量水的滑流(slip stream)与硅氧烷组合于高剪切混合器中。随后，优选在形成浆液之前将硅氧烷乳液加到定量水中，以提供足够的时间以供硅氧烷乳液与用于形成浆液的水充分混合并且均匀分散于整个所得物件中。
尽管不希望受理论束缚，但据信，当硅氧烷在所形成的墙板内硬化时显现防水性。聚合反应本身进行缓慢，需要将墙板存放一段足以在运输前显现防水性的时间。已知催化剂会加速聚合反应、减短或除去随着防水性显现而存放墙板所需的时间。重烧氧化镁在硅氧烷聚合中的使用描述于标题为“Method of Making Water-Resistant Gypsum-BasedArticle”的共同待决的美国申请案第10/917,177号中，所述专利并入本文用作参考。重烧氧化镁不溶于水并且很少与浆液中的其它组分发生相互作用。它会加速硅氧烷的硬化并且在一些情况中，会使硅氧烷硬化更完全。重烧氧化镁是以一致组成在市面销售。特别优选的重烧氧化镁来源为BAYMAG 96。其具有至少0.3m2/g的BET表面积。灼烧减量小于0.1重量％。所述氧化镁优选以干灰泥重量计是以约0.1到约0.5％的量使用。
视煅烧温度不同，市场上存在至少三种等级的氧化镁。“重烧”氧化镁是在介于1500℃与2000℃之间煅烧，以消除大部分(如果非全部)反应性。MagChem P98-PV(MartinMarietta Magnesia Specialties，Bethesda，MD)为“重烧”氧化镁的实例。BayMag 96(Baymag，Inc.of Calgary，Alberta，Canada)和MagChem 10(Martin Marietta Magnesia Specialties，Bethesda，MD)为“硬烧”氧化镁的实例。“硬烧”氧化镁是在1000℃到约1500℃的温度下煅烧。其具有窄反应性范围、高密度并且通常用于需要缓慢降解或化学反应性的应用中(诸如动物饲料和肥料)。第三等级是通过在约700℃到约1000℃的温度下煅烧产生的“轻烧”或“苛性”氧化镁。此类氧化镁可用于多种应用中，包括塑料、橡胶、纸和纸浆加工、钢制锅炉添加剂、粘合剂和酸中和。轻烧氧化镁的实例包括BayMag 30、BayMag40和BayMag 30(约325目)(BayMag，Inc.，Calgary，Alberta，Canada)。
已发现，优选催化剂是由氧化镁和C类粉煤灰的混合物制成。当以此方式组合时，任一级的氧化镁都有用。然而，重烧和硬烧氧化镁因反应性降低而成为优选者。具有相对高反应性的氧化镁会导致可产生氢的裂解反应。随着氢的产生，产物膨胀，从而在灰泥凝固处引起破裂。膨胀还使其中倒入灰泥的模具破损，从而导致产物的细部损失和一个或多个尺寸上发生变形。优选地，BayMag 96、MagChem P98-PV和MagChem 10为首选的氧化镁来源。优选在将氧化镁和粉煤灰加到定量水中之前，将其加到灰泥中。诸如这些物质的干组分通常是随着灰泥沿传送带移到混合器中而加到灰泥中。
优选粉煤灰为C类粉煤灰。C类水工粉煤灰(hydraulic fly ash)或其等效物是最优选的粉煤灰组分。C类粉煤灰的典型组成列于表1中。高石灰含量粉煤灰(大于20重量％粉煤灰)是从某些煤的加工中获得。ASTM名称C-618(并入本文用作参考)中描述C类粉煤灰的特征。优选的C类粉煤灰是由Bayou Ash Inc.(Big Cajun，II，LA)供应。优选粉煤灰以干灰泥重量计是以约0.1％到约5％的量使用。更优选粉煤灰以干灰泥重量计是以约0.2％到1.5％的量使用。
表1
典型C类粉煤灰的组成
Figure 2006800274132A00800011
对硅氧烷的催化作用将导致硅氧烷更快且更完全的聚合并且交联形成硅树脂。灰泥水合形成二水合硫酸钙晶体的互锁基质。形成石膏基质的同时，硅氧烷分子也形成硅树脂基质。由于这些物质是同时形成，故两种基质会至少部分彼此缠结。浆液中过量的水和添加剂(包括分散于整个浆液中的粉煤灰、氧化镁和下文所述的添加剂)，将分散于整个基质的间隙(interstitial space)中。
当用于制造石膏板时，许多添加剂可用于改进成品物件的特性。使用传统量的添加剂。除所述外，尚不了解干扰添加剂的催化剂或聚硅氧烷的相互作用。数种添加剂的量是以“lb/MSF”报导，其表示每一千平方英尺板中添加剂的磅数。
本发明的一些实施例使用发泡剂以在含有凝固石膏的产品中产生空隙，从而提供较轻的重量。在这些实施例中，可使用已知可用于制备泡沫凝固石膏产品的任何常规发泡剂。许多此类发泡剂已众所周知并且易于购得，例如GEO Specialty Chemical公司(Ambler，PA)的HYONIC系列肥皂。用于制备泡沫石膏产品的泡沫和优选方法揭示于美国专利第5,683,635号中，所述专利并入本文用作参考。
使用分散剂来改进浆液的流动性并且降低用于制备浆液的水量。任何已知的分散剂都有用，包括聚羧酸酯、磺化三聚氰胺或萘磺酸盐。萘磺酸盐是最优选的分散剂，并且是以约0lb/MSF到18lb/MSF、优选约4lb/MSF到约12lb/MSF的量使用。优选的萘磺酸盐分散剂为DAXAD分散剂(Dow Chemical，Midland，MI)。
水是以获得可流动浆液的任何量加到浆液中。所使用的水量将根据使用其的应用、所使用的确切分散剂、灰泥的特性和所使用的添加剂而有极大改变。对于墙板，水与灰泥的比率(“WSR”)以灰泥的干重计优选为约0.2到约1.2。通常，优选为约0.4到约0.9的WSR。用于制备浆液的水应尽可能纯以用于最佳控制浆液和凝固石膏的特性。众所周知，盐和有机化合物可改变浆液的凝固时间，从加速剂到凝固抑制剂变化很大。随着二水合物晶体互锁基质的形成，一些杂质会导致结构的不规则，从而降低凝固产品的强度。因此，通过使用尽可能无污染物的水来增强产品的强度和一致性。
也称为半水合硫酸钙或煅烧石膏的灰泥是以占干材料至少50％的量存在。优选灰泥的量为至少80％。在许多墙板调配物中，干组分材料为大于90％或甚至为95％的半水合硫酸钙。煅烧的方法并不重要，并且α或β煅烧石膏都适用。预期还可使用无水硫酸钙，但优选其是以小于20％的较少量使用。
在一些实施例中，将三偏磷酸盐化合物加到石膏浆液中以增强产品的强度并且改进凝固石膏的抗下垂性(sag resistance)。优选三偏磷酸盐化合物的浓度以煅烧石膏的重量计为约0.07％到约2.0％。包括三偏磷酸盐化合物在内的石膏组合物揭示于美国专利第6,342,284号和第6,632,550号中，两项专利都并入本文中用作参考。示范性三偏磷酸盐包括三偏磷酸钠盐、钾盐或锂盐，诸如购自Astaris，LLC，St.Louis，MO的盐。当使用三偏磷酸盐和石灰或增加浆液pH值的其它改性剂时，必须小心操作。在高于约9.5的pH值下，三偏磷酸盐增强产品的能力有所降低，并且使浆液严重延缓。
正如石膏浆液的特定应用所特有，还将其它的添加剂加到所述浆液中。加入缓凝剂(多达约2lb/MSF(9.8g/m2))或干燥加速剂(多达约35lb/MSF(170g/m2))以改变发生水合反应的速率。“CSA”是一种凝固加速剂，其包含与5％糖共研磨并且加热到250
Figure 2006800274132_0
(121℃)以使糖焦糖化的95％的二水合硫酸钙。CSA购自USG Corporation，Southard，OK plant并且根据并入本文中用作参考的美国专利第3,573,947号制备。硫酸钾为另一种优选的加速剂。HRA为与糖以每100磅二水合硫酸钙约5到25磅糖的比率新鲜研磨的二水合硫酸钙。其在美国专利第2,078,199号中得以进一步描述，所述专利并入本文中用作参考。这两种物质都为优选的加速剂。
称为湿石膏加速剂或WGA的另一种加速剂也为优选的加速剂。关于湿石膏加速剂的用途和其制备方法的描述揭示于美国专利第6,409,825号中，所述专利并入本文中用作参考。这种加速剂包括至少一种选自由有机膦化合物、含磷酸盐化合物或其混合物组成的群组的添加剂。这种特别的加速剂展现出相当长的寿命并且随时间变化仍保持其有效性，因此所述湿石膏加速剂能够在使用前制备，存放，甚至运输一段较长的距离。湿石膏加速剂是以在每1000平方英尺板产品约5到约80磅(24.3到390g/m2)范围内的量使用。
其它可能的墙板添加剂为杀生物剂，用以减少霉、霉菌或真菌的生长。视所选择的杀生物剂和石膏面板的预期用途而定，可将杀生物剂加到饰面、石膏芯部或二者中。杀生物剂的实例包括硼酸、吡啶硫酮(pyrithione)盐和铜盐。可将杀生物剂加到饰面或石膏芯部中。当使用时，杀生物剂是以小于约500ppm的量用于饰面中。已知几个名称的吡啶硫酮盐，包括2-巯基吡啶-N-氧化物、2-吡啶硫醇-1-氧化物(CAS登记号1121-31-9)、1-羟基吡啶-2-硫酮和1-羟基-2(1H)-吡啶硫酮(CAS登记号1121-30-8)。称为吡啶硫酮钠(CAS登记号3811-73-2)的钠衍生物(C5H4NOSNa)是特别有用的此类盐的一个实施例。吡啶硫酮盐可购自Arch Chemicals公司(Norwalk，CT)，诸如奥麦丁钠(SodiumOMADINE)或奥麦丁锌(Zinc OMADINE)。
此外，石膏组合物视情况可包括淀粉，诸如预胶化淀粉或经酸改性的淀粉。淀粉是以约3到约20ib/MSF(14.6到97.6g/m2)的量使用以增加纸粘结并且增强产品。包括预胶化淀粉将会增加凝固且干燥的石膏模的强度，并且在水分增加(例如，对于水与煅烧石膏的高比率来说)的条件下使纸分层的风险最小化或使所述风险得以避免。所属领域技术人员将了解在至少约185
Figure 2006800274132_1
(85℃)的温度下在水中预胶化生淀粉(例如，烹饪用生淀粉)的方法或其它方法。预胶化淀粉的适当实例包括(但不限于)购自LauhoffGrainCompany的PCF1000淀粉，和均购自Archer Daniels Midland Company的AMERIKOR818和HQM PREGEL淀粉。如果包括预胶化淀粉，那么所述预胶化淀粉是以任何适当的量存在。举例来说，如果包括预胶化淀粉，那么可将其加到用于形成凝固石膏组合物的混合物中，使得所述预胶化淀粉以占凝固石膏组合物约0.5重量％到约10重量％的量存在。为达到芯部强度，也视情况加入淀粉，诸如USG95(United States Gypsum Company，Chicago，IL)。
需要时，可使用其它已知的添加剂以改变产品的特定特性。使用糖(诸如右旋糖)来改进板末端处的纸粘结。对于防水性来说，可使用蜡乳液或硅氧烷。如果需要刚度，那么通常加入硼酸。通过加入蛭石(vermiculite)可改进阻燃性能。这些添加剂和其它已知的添加剂都可用于本发明的浆液和墙板调配物中。视情况将玻璃纤维以多达11lb/MSF(54g/m2)的量加到浆液中。还将多达15lb/MSF(73.2g/m2)的纸纤维加到浆液中。将蜡乳液以多达90lb/MSF(.439g/m2)的量加到石膏浆液中来改进成品石膏墙板的防水性。
在操作过程中，从定量水取得滑流并且将其与硅氧烷和水组合于高剪切混合器中，以形成硅氧烷乳液。将两种组分混合数分钟直到形成稳定乳液。所述乳液从高剪切混合器直接进入浆液混合器中，在其中将所述乳液与定量水的剩余部分混合。
同时，使灰泥向着浆液混合器移动。在进入所述混合器之前，将干添加剂(诸如淀粉或凝固加速剂)加到粉末状灰泥中。将一些添加剂经由单独管线直接加到混合器中。对于大部分添加剂来说，关于将添加剂放到浆液中并无任何特殊要求，并且可使用任何便利设备或方法来加入所述添加剂。
混合后，视情况向墙板中加入泡沫以降低产物密度。通过组合肥皂和水来产生泡沫。随后在移动的石膏浆液通过软管或斜槽从混合器中出来后，向其中注入泡沫。泡沫环(foam ring)是一种具有沿垂直于软管轴的环排列的多个孔口，以致当石膏浆液经过泡沫环时泡沫在压力下被迫进入石膏浆液中的装置。
在将泡沫与浆液混合在一起后，使所得浆液向着排有一片饰面材料的传送带移动并且将其倒在所述传送带上。将另一片饰面材料放在浆液顶部上，从而形成在两片饰面材料之间具有浆液的夹层结构。将所述夹层结构馈入成形板中，所述成形板的高度决定板厚。接下来，用切割刀将连续夹层结构切成适当的长度，通常为8英尺到12英尺。
随后将板移到窑炉中干燥。窑炉中的温度通常在450
Figure 2006800274132_2
到最高500
Figure 2006800274132_3
的范围内。优选窑炉中具有3个到3个以上温度区。在接触潮湿板的第一区中，温度增加到最高温度，而在后两个区中，温度缓慢降低。第一区中的鼓风机位于所述区的出口处，鼓入与板行进方向相反的空气。在第二区和第三区中，鼓风机位于所述区的进口处，导入与板行进方向平行的热空气。在最后一区中不太剧烈的加热将防止煅烧板的干区，产生弱的纸粘结。窑炉中典型的停留时间为约40分钟，但所述时间将视生产线能力、板的湿度和其它因素而变化。
实例1
将2克BAYMAG 30重烧氧化镁和4克C类粉煤灰加到500克来自表II中所述数种来源中的每一来源的灰泥中。将这些干组分放到塑料袋中并且震荡以使其混合。通过将3.2克BS94硅氧烷和550克水在高剪切Silverson混合器(Silverson Machines，EastLongmeadow，MA)中混合2.5分钟来制备乳液。将乳液转移到1升的Waring混料机(Waring Products，Inc.，Torrington，CT)中以7500 rpm混合10秒。随后将浆液浇注到2″×2″×2″的立方体模具中。凝固后，将所述立方体从模具中取出并且放入烘箱中，在110
Figure 2006800274132_4
下干燥到恒定重量。将干燥的立方体在水中浸泡2小时进行吸水率测试，如ASTMC1396(并入本文用作参考)中所述。使用浸泡过程中重量的增加来计算吸水率。
表II
Figure 2006800274132A00800021
本实例证实这种催化剂组合将各种灰泥中吸水率降低到小于5％的能力。
实例2
进行工业试验以测试包括12lb/MSF硅氧烷并且具有如表III中所述的氧化镁和粉煤灰的浆液的表现。将粉煤灰和氧化镁在进入混合器之前加到灰泥中。表III中也显示煅烧氧化镁的商标和类型。
将硅氧烷加到定量水中并且在高剪切混合器中混合以形成乳液。将此乳液和各干组分组合于灰泥混合器中直到形成均匀浆液，并且将所述浆液沉积于传送带上的面纸上。将衬纸放在浆液顶部并且将夹层结构馈入成型辊中以将所述夹层结构压平成均匀的1/2英寸(1.2cm)厚度。当浆液充分凝固以保持其形状时，将连续板切割成8英尺的长度。
表III
Figure 2006800274132A00800022
Figure 2006800274132A00800031
当将粉煤灰加到MagChem 10重烧氧化镁中时，防水性能提高超过25％。当将相同量的粉煤灰加到3lb/MSF BayMag 30中时，进行相同比较。粉煤灰与3lb/MSF BayMag 30的组合也比单独4lb/MSF BayMag 30表现优良。
实例3
根据实例1使用Shoals灰泥和0.6重量％BS 94硅氧烷来制造立方体。如表IV所述，将Baymag 30氧化镁、粉煤灰或二者加到浆液中。目标吸水率为6％。
表IV
Figure 2006800274132A00800032
当一起使用氧化镁和粉煤灰时，水减少比上述实例提高一个数量级。
实例4
根据实例1的方法使用表IV中所示的硅氧烷剂量和催化剂组成来制造石膏立方体。
表V中也显示吸水率测试的结果。
表V
Figure 2006800274132A00800041
这些测试是针对特别难以获得令人满意的吸水率的灰泥进行。单独粉煤灰和单独MgO都无法产生所需小于5％的吸水率标准。然而，当一起使用两种催化剂时，甚至用较少的硅氧烷剂量也获得远低于标准的吸水率。
实例5
进行工厂试验从而在工业规模上测试墙板中的这种催化剂。墙板组成显示于表VI中。
表VI
Figure 2006800274132A00800042
将HRA、三偏磷酸盐、USG95、增稠剂、Daxad、LC-211、粉煤灰和MgO加到干灰泥中。将硅氧烷水和硅氧烷在高剪切混合器中以高速混合不到1分钟的时间，以制成硅氧烷在水中的稳定悬浮液。随后将所述悬浮液抽吸到浆液混合器中并将其与定量水、催化剂/灰泥掺合物组合。在混合器中的停留时间少于15秒。当浆液从混合器中排出时，将由肥皂、泡沫空气和泡沫水产生的泡沫嵌入到浆液中以降低产物的密度。
表VII
Figure 2006800274132A00800051
根据ASTM C1396由浆液试样制造立方体。浸泡测试的结果显示于表VII中。这些测试证实，使用本发明的催化剂、浆液和方法能够在工业设施中制造出吸水率小于5％的墙板。
尽管已显示和描述用于硅氧烷聚合的粉煤灰和氧化镁催化剂的特定实施例，但所属领域技术人员应了解，在不背离本发明的广泛方面和如所附权利要求中所述的本发明的情况下，可进行修改和变更。

Claims (15)

1.一种浆液，其包含：
半水合硫酸钙；
C类粉煤灰；
氧化镁；和
硅氧烷和水的乳液，其中，所述乳液为在至少半水合硫酸钙50％凝固以前稳定的真乳液或悬浮液；
其中所述粉煤灰以干半水合硫酸钙的重量计是以0.1％到5％范围内的量存在，所述氧化镁以干半水合硫酸钙的重量计是以0.1％到0.5％的量存在，且所述硅氧烷为氢改性的流体线性硅氧烷或氢改性的环状硅氧烷，所述硅氧烷以基于干半水合硫酸钙重量计为0.4％到0.8％的量存在。
2.根据权利要求1所述的浆液，其中所述粉煤灰与所述氧化镁的比率为2∶1到3∶1。
3.根据权利要求1所述的浆液，其中所述氧化镁为硬烧或重烧氧化镁。
4.根据权利要求1所述的浆液，其中所述乳液包含聚硅氧烷流体和水。
5.根据权利要求1所述的浆液，其中所述硅氧烷为氢改性的流体线性硅氧烷。
6.根据权利要求1所述的浆液，其另外包含由淀粉、发泡剂、凝固加速剂、缓凝剂、杀生物剂、分散剂或强度增强剂组成的群组中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的浆液，其中所述悬浮液不含乳化剂。
8.一种制造防水石膏物件的方法，其包括：
用硅氧烷和水制备硅氧烷乳液，其中，所述乳液为在至少半水合硫酸钙50％凝固以前稳定的真乳液或悬浮液；
将氧化镁和C类粉煤灰与半水合硫酸钙混合；
将所述硅氧烷乳液与上面步骤中得到的半水合硫酸钙、氧化镁和C类粉煤灰的混合物组合；
使浆液成形；
使所述石膏浆液凝固，形成墙板的芯部；和
使所述硅氧烷聚合；
其中所述粉煤灰以干半水合硫酸钙的重量计是以0.1％到5％范围内的量存在，所述氧化镁以干半水合硫酸钙的重量计是以0.1％到0.5％的量存在，且所述硅氧烷为氢改性的流体线性硅氧烷或氢改性的环状硅氧烷，所述硅氧烷以基于干半水合硫酸钙重量计为0.4％到0.8％的量存在。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述制备步骤包含在高剪切混合器中混合所述硅氧烷与水。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述成形步骤包含将所述浆液夹于两片饰面材料之间以形成墙板面板。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述混合步骤是在所述组合步骤之前进行。
12.根据权利要求8所述的方法，其另外包含将一部分经计量的量的定量水用作所述水。
13.一种防水石膏面板，其具有包含交织基质的芯部，所述交织基质由通过半水合硫酸钙的水合形成的二水合硫酸钙晶体的石膏基质和通过硅氧烷的聚合交联形成的硅树脂基质至少部分彼此缠结而形成，且具有分散于其中的包含氧化镁和来自C类粉煤灰的组分的催化剂；其中所述粉煤灰以干半水合硫酸钙的重量计是以0.1％到5％范围内的量存在，所述氧化镁以干半水合硫酸钙的重量计是以0.1％到0.5％的量存在，且所述硅氧烷为氢改性的流体线性硅氧烷或氢改性的环状硅氧烷，所述硅氧烷以基于干半水合硫酸钙重量计为0.4％到0.8％的量存在。
14.根据权利要求13所述的面板，其另外包含分散于整个所述交织基质中的由淀粉、发泡剂、凝固加速剂、缓凝剂、杀生物剂、分散剂或强度增强剂组成的群组中的至少一种。
15.根据权利要求13所述的面板，其中所述芯部夹于两片饰面材料之间。
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