CN102245360A - 用于制备石膏壁板的钛和锆混合物以及乳状液 - Google Patents

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Abstract

本文中提供用于制造石膏壁板的混合物、乳状液和其它添加剂。所述混合物和乳状液可以是蜡基乳状液或者无蜡混合物或乳状液，蜡基乳状液包含水、至少一种蜡、可包含硫或含硫基团的分散剂以及包含有机钛化合物或有机锆化合物的添加剂。还可以制备混合物，其包含水、分散剂以及包含有机钛化合物或有机锆化合物的添加剂。利用这种乳状液和混合物和/或通过添加有机钛化合物或有机锆化合物，可以制备石膏浆料。

Description

用于制备石膏壁板的钛和锆混合物以及乳状液
背景技术
石膏壁板用于形成许多建筑结构的内壁和外壁。壁板的结构通常包括石膏组合物，所述石膏组合物通常被制备成浆料组合物、布置在两个衬垫之间并固化。这种壁板石膏组合物可以是标准壁板制剂或通过使用各种蜡乳状液而使其耐水。一些更普通的市售耐水性蜡乳状液涉及使用特别的蜡成分(其可以包括单一蜡，或者更通常为蜡的共混物)、皂化剂、乳化剂、稳定剂和其它添加剂。在壁板产业中重要性增加的是就制剂成分成本的上升以及能量成本的增加而言不断增加的壁板制造成本。例如，本领域中已知的是，用于形成在成品的形成中使用乳状液的建筑产品如石膏壁板的制造方法，通常需要干燥步骤或消耗能量的步骤。如果干燥能量能够降低以节约成本，特别是当对制造商的能量要求正在增加时，则有益于制造石膏壁板(标准的和耐水性的)。
就耐水性壁板的制造而言，美国专利5,437,722描述了耐水性石膏组合物和用于其的蜡乳状液，其包含熔点为约40℃～80℃的链烷烃、相对于每100重量份链烷烃为约1～200重量份的褐煤蜡和相对于每100重量份链烷烃为约1～50重量份的聚乙烯醇。在用于耐水性壁板的蜡乳状液中使用褐煤蜡非常有效，且提供了优异的性能。也已将基于不同于褐煤蜡的天然蜡(如巴西棕榈蜡和蜂蜡)和/或合成蜡(如费托蜡)的其它耐水性制剂用作备选的耐水性蜡制剂。在石膏壁板制剂中，大多数这种制剂提供良好的耐水性。然而，通常用于这种乳状液的一些蜡限量供应和/或非常昂贵。此外，尽管能够实现强耐水性，但是理想的应是，在减少组分成本、增加供应和/或降低制造成本的同时，在石膏壁板中实现良好的耐水性。
相应地，本领域中需要降低与石膏制剂的制造有关的能量成本的组合物和方法，以及在保持令人满意的制剂性能的同时，保持和/或降低与耐水性石膏制剂的制造有关的能量成本的方式。
发明内容
本发明涉及用于石膏基建筑产品如石膏壁板的蜡基乳状液、无蜡混合物和乳状液。
在一个本发明的实施方式中，描述了一种蜡乳状液，其包含水；至少一种蜡；分散剂；和包含有机钛化合物或有机锆化合物或其组合的添加剂。在所述蜡乳状液中，所述至少一种蜡可以包含，但不限于褐煤蜡、石蜡、巴西棕榈蜡、费托蜡、和其衍生物及共混物中的一种以上。所述蜡乳状液可包含链烷烃，其可以是石蜡。所述蜡乳状液还可包含至少一种稳定剂如聚乙烯醇，其可以是水解的聚乙烯醇。任选地，所述蜡乳状液还可包含皂化剂如碱金属氢氧化物。这种碱金属氢氧化物的一个实例是氢氧化钾。所述分散剂可以是含有硫或含硫基团的分散剂如木质素磺酸、萘磺酸、和其组合及盐。
在一个实施方式中，上述蜡乳状液包含约35重量％～约80重量％的水；约15重量％～约60重量％的链烷烃和所述至少一种蜡的共混物；约0.01重量％～约2重量％的分散剂，其中所述分散剂可以是木质素磺酸、萘磺酸、和其组合及盐；约0.001重量％～约10重量％的所述添加剂；和约0重量％～约30重量％的至少一种稳定剂。
在又一个实施方式中，所述蜡乳状液包含约50重量％～约65重量％的水；约20重量％～约40重量％的链烷烃和所述至少一种蜡的共混物；约0.1重量％～约10重量％的分散剂；约0.01重量％～约5重量％的所述添加剂；和约0～约10重量％的所述至少一种稳定剂。
上面的实施方式中的有机锆或有机钛化合物添加剂可以是如下中的一种：钛IV 2，2(双-2-丙烯醇根合甲基)丁醇根合，三-新癸酸根合-O；钛IV 2，2(双-2-丙烯醇根合甲基)丁醇根合，三(十二烷基)苯磺酸根合-O；钛IV 2，2(双-2-丙烯醇根合甲基)丁醇根合，三(二辛基)焦磷酸根合-O；钛IV 2-丙烯醇根合甲基，三-异十八烷酸根合-O；乳酸钠锆；三乙醇胺钛络合物；磷酸钛络合物；烷醇胺钛酸酯；和钛螯合物或其组合。
在又一个实施方式中所述添加剂具有如下化学式：
Figure BPA00001388525200031
式中R1可以是约5～约30个碳原子的直链或支链的、取代或未取代的烷基、烯基、芳烷基、芳烯基，其中所述基团具有0～或约10个氧原子；R2可以与R1相同或不同；m和n是整数且各自是至少1且不大于4。在又一个进一步优选的实施方式中，R1是约5～约12个碳原子的支链烯氧基，R2不同于R1且是约10～约15个碳原子的直链烷基；m是1，且n是3。在还进一步优选的实施方式中，所述添加剂具有如下化学式：
Figure BPA00001388525200032
在另一个实施方式中，可以使混合物成为无蜡的或将其改性而形成乳状液。所述无蜡的混合物包含水；分散剂；和包含有机钛化合物或有机锆化合物或其组合的添加剂共混物。在这种混合物中，可以提供稳定剂，但是并非必需。如果使用的话，所述稳定剂可以是聚乙烯醇，其可以是水解的聚乙烯醇。还可以提供如上所述的稳定剂，且在该实施方式中的分散剂还可以是含有硫或含硫基团的分散剂如木质素磺酸、萘磺酸、和其组合及盐。
根据本发明的一个实施方式，所述混合物可以包含约10重量％～约60重量％的水；约30重量％～约80重量％的分散剂或多种分散剂的共混物，其中所述分散剂可以是木质素磺酸、萘磺酸、和其组合及盐；约0.1重量％～约10重量％的添加剂；和约0重量％～约30重量％的至少一种稳定剂。在又一个进一步优选的实施方式中，所述混合物可以包含约5重量％～约50重量％的水；约40重量％～约80重量％的分散剂；约1重量％～约8重量％的添加剂；和约0重量％～约5重量％的所述至少一种稳定剂。此外，有机锆化合物或有机钛化合物添加剂可以是如上所述的那些。
本发明还包括适合于形成石膏产品的固化性石膏组合物。所述固化性石膏组合物包含a)石膏浆料和b)包含有机钛化合物或有机锆化合物的添加剂，其中按重量计，钛或锆化合物对石膏浆料中的石膏之比是约0.001∶100～约10.0∶100。所述固化性石膏组合物可以进一步包含分散剂。
在另一个实施方式中，所述固化性石膏组合物包含a)石膏浆料以及b)包含水、分散剂、和含有机钛化合物或有机锆化合物的添加剂的混合物，其中按重量计，钛或锆化合物对石膏浆料中的石膏之比是约0.001∶100～约10.0∶100。用于所述固化性石膏组合物的所述混合物可以是蜡乳状液，其包含以上述比率提供的至少一种蜡、分散剂和包含有机钛化合物或有机锆化合物的添加剂。利用包含蜡乳状液的固化性石膏组合物形成的石膏产品是耐水性的。
本发明还包括用于制造石膏壁板的改进方法。所述方法包括制备石膏浆料；和向所述石膏浆料中添加混合物，其中所述混合物包含水、分散剂和包含有机钛化合物或有机锆化合物的添加剂，由此将石膏浆料的粘度降至使为了控制粘度的水的使用最小化的期望水平；以及使用石膏浆料形成结构并干燥所述结构而形成石膏壁板。换言之，在所述石膏浆料中添加所述混合物得到如下石膏浆料，当与常规石膏浆料制剂相比时，其具有相同的粘度及较低的水含量。因而，由利用这种石膏浆料形成的结构得到的中间产品将具有较低的水含量，由此在为了形成最终石膏基产品而进行的随后的干燥过程期间移除较少的水。在另一个实施方式中，添加至石膏浆料的混合物可以是包含至少一种蜡、水、分散剂的蜡乳状液，且所得的石膏壁板是耐水性的。
进一步改进则包括制造石膏壁板的方法，其中所述方法包括制备石膏浆料，使用石膏浆料形成结构和干燥所述结构而形成石膏壁板，向石膏浆料提供包含有机钛化合物或有机锆化合物的添加剂。在一个实施方式中，该改进进一步包括向所述浆料提供分散剂。
根据本发明提供包含有机钛化合物或有机锆化合物的添加剂获得了改进的石膏基建筑产品的制造方法。所述添加剂充当用于石膏浆料中的石膏晶体的表面活性剂并降低石膏浆料的水含量，同时保持通常在石膏浆料中利用更高水含量实现的期望粘度。这减少了在形成最终石膏基建筑产品时在随后的干燥过程期间需要移除的水量，由此减小了在制造过程期间需要的能量的量。对于建筑产品的制造商来说，这转化为成本节约。
因而，所述添加剂的供应提供了一种改进的、更加节能的用于制造石膏基建筑产品如石膏壁板的制造方法。
具体实施方式
本文中描述了各种蜡乳状液和混合物、利用这种乳状液和混合物的方法、包含这种乳状液和混合物的建筑产品制剂、利用这种乳状液和混合物对这种产品制造的改进、石膏浆料组合物和利用这种组合物的方法，其中可以使所述混合物成为无蜡的或将其改性而形成蜡乳状液。本文中描述的乳状液、混合物和组合物能够通过提供普遍减少石膏浆料中的水含量的改进的石膏浆料粘度而降低能量成本并实现制造成本节约，从而降低干燥过程期间所需的热量。另外，对于利用本文中描述的蜡乳状液和混合物的耐水性建筑产品来说，所述乳状液和混合物在通过减少干燥时间和/或通过减少热而在这种建筑产品的制造中使得能量降低的同时，能够提供等价的％吸水率。
本发明包括能够向石膏基建筑产品提供耐水性的用于制造石膏基建筑产品的蜡乳状液，和可以任选地被改性成为乳状液的混合物两者，从而使得蜡和其它与蜡相关的添加剂对于这种混合物是任选的。在任一情况下，使用蜡乳状液和混合物在保持期望粘度，由此获得更加节能的制造过程的同时，都降低了石膏浆料的水含量。
本文中所使用的“乳状液”是指优选包含至少一种蜡的成分的乳化制剂。本文中所使用的术语“混合物”包含制剂中成分的任何组合，不论是以组合成分的溶液、分散体、悬浮体或其它液化形式。本文中的混合物可以经乳化成分改性并制成乳状液。
在蜡基乳状液中，根据优选的实施方式，是水性乳状液并包含水、至少一种蜡、分散剂和可以是有机钛化合物或有机锆化合物的添加剂。用于所述乳状液的水可以是适合于形成建筑产品用蜡乳状液的任何水，且可以是标准自来水、蒸馏水等。通常，按乳状液的重量计，适合于石膏基建筑产品如石膏壁板的水性乳状液的水含量是约35％～约80％，优选约50％～约65％。然而，对于任何给定的应用，所述水含量可以随期望的成品性能而变化。
蜡基乳状液优选包含链烷烃，所述链烷烃最优选是石蜡。这种石蜡可以是在所得的蜡乳状液中与其它蜡和成分相容地起作用，且进一步优选具有约40℃～约80℃的熔点的任何合适的石蜡基蜡，其性能有利于耐水性壁板制造。也可以使用其它链烷烃或石蜡。
如本文中所定义的，所述至少一种蜡可以包括石蜡以及其它本领域中已知的或待开发用于耐水性壁板中的蜡，和用于这种石膏壁板制剂中的各种蜡替代成分。即，本领域的技术人员会进一步理解，所述至少一种蜡成分可以包括在功能上替代蜡乳状液中的蜡材料或另外满足蜡乳状液中的蜡材料功能的材料。这种替代材料的一些实例是经改性而在这种制剂中像蜡一样表现的合成聚合物、脂肪酸衍生物等，硅氧烷，本领域中已知的或待开发的任何其它蜡替代物，以及这种材料的衍生物及组合。
可以用于本文中的蜡的实例包括天然褐煤蜡、漂白的或精炼的褐煤蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、鳞状蜡、疏松石蜡、石油蜡、聚乙烯蜡、大豆蜡、玉米蜡、棉籽蜡、油菜籽蜡、低芥酸菜籽蜡、向日葵蜡、棕榈蜡、棕榈仁蜡、椰子蜡、蔓越橘蜡、亚麻籽蜡和花生蜡。可以使用的其它蜡包括合成蜡如费托蜡以及合成蜡酸与合成蜡酯的混合物。还应当理解，也能够使用这种蜡为了性能而包含各种COOH或OH基团的衍生形式、氧化蜡或这种蜡的组合(不管是通过基础聚合物的共混物或是聚合官能化，如在改性的费托蜡中那样)。在一个优选的实施方式中，使用了可皂化的和不可皂化的蜡的共混物如石蜡与褐煤蜡、巴西棕榈蜡和/或费托蜡的共混物。
应当理解，尽管本文中描述的某些蜡如褐煤蜡、巴西棕榈蜡和费托蜡是优选的，但是如果在可用于耐水性壁板的蜡替代产品或其它蜡组合内另外实现了本文中添加剂的益处，则认为所述蜡组合在本文中的发明范围内，且不应将蜡选择看作限制本发明的范围。例如，已知将硅氧烷(带有和不带有催化剂或其它添加剂)用作制备耐水性石膏壁板用耐水性蜡制剂替代物，如U.S.专利公布2006-0035112-A1中所述，将所述专利公布并入本文中关于各种硅氧烷制剂在制备石膏壁板中的使用的相关部分。
蜡乳状液中的所述至少一种蜡应当优选占蜡乳状液的约15重量％～约60重量％，更优选约20重量％～约40重量％。如果使用链烷烃如石蜡和另一种蜡或多种蜡的共混物，那么优选的是，在共混物中，石蜡对其它蜡为约99∶1～约1∶99，更优选约80∶20～约20∶80，还更优选约70∶30～约30∶70，最优选60∶40～40∶60。此外，相对于每100重量份链烷烃，所述一种或多种蜡(包括替代物)最优选以约1重量份～约200重量份，优选约1重量份～约50重量份的总量包含在这种乳状液中。在上述构成范围中的最优选的共混物包括石蜡和褐煤蜡。
蜡乳状液还可以包含至少一种稳定剂。所述稳定剂可以是已知用于或待开发用于这种在耐水性蜡乳状液制剂中的用途的任何稳定剂。本文中优选的稳定剂是聚乙烯醇；优选通过聚乙酸乙烯酯的水解而制备，且优选的聚乙烯醇是基本上完全或充分水解的聚乙烯醇。最优选地，其是至少约90％水解的聚乙烯醇，更优选97％或98％～100％水解的聚乙烯醇。优选使用这样的聚乙烯醇，从而在约60℃～约95℃的升高的温度下可溶于水，但是不溶于冷水。稳定剂是任选的，如果使用的话，可以占蜡乳状液的0～约30重量％，优选占蜡乳状液的约1重量％～约30重量％。在其它实施方式中，所述稳定剂的存在量可以是蜡基乳状液的约0重量％～约20重量％，更优选约0重量％～约10重量％，最优选约0.01重量％～约8重量％。如果将聚乙烯醇用作与基于石蜡的蜡共混物组合的稳定剂，那么相对于每100重量份石蜡，其存在量可以为约0～约50重量份，优选约1重量份～约20重量份。聚乙烯醇能够提供粘附特性以及提高耐水性。
在其它实施方式中，还可以将皂化剂或皂化试剂用于本文中的蜡乳状液中。合适的皂化剂包括多种碱金属氢氧化物和类似材料中的任意，如氢氧化钾、氢氧化铵、氢氧化钠、硫酸镁等。皂化剂的存在量可以为乳状液的约5重量％以下，优选约2重量％以下，最优选约0.01重量％～约1重量％。
还将分散剂用于蜡乳状液或混合物制剂中，且在本文中优选将其与有机钛化合物和/或有机锆化合物添加剂组合使用。优选的分散剂包括，但不限于在化合物中具有硫或含硫基团的那些分散剂如磺酸(R-S(＝O)2-OH)及其盐，式中所述R基团可以利用羟基、羧基或其它可用的键合基团而另外官能化。优选的是较高分子量磺酸化合物如木质素磺酸、萘磺酸、这些酸的磺酸盐和这些材料的衍生或官能化形式。另外，可以使用本领域中已知的用于蜡乳状液中的其它分散剂如硫酸镁；七钼酸铵/淀粉组合；非离子型表面活性剂，离子型表面活性剂，两性离子型表面活性剂及其混合物；和烷基季铵盐蒙脱粘土以及其它已知的分散剂。分散剂的存在量优选为蜡乳状液的约1重量％～约10重量％，优选为蜡乳状液的约1重量％～约6重量％。
本文中的蜡乳状液用钛基或锆基化合物添加剂是有机钛化合物和/或有机锆化合物，为了方便使用优选以液体形式获得，如本文中优选的液体钛酸盐化合物。这种化合物优选具有其中设置金属原子以使其结合至两个，优选三个，更优选4或5个有机配位体的结构。最优选地，有机配位体通过共价键和/或醚键结合至金属原子。有机配位体可以是典型的有机基团，且优选至少一种是含芳基的基团和/或被官能化而具有表面活性剂状配位体。钛酸酯化合物是最优选的。合适的添加剂材料可商购获得。下面描述例示的商业材料和它们公布的化合物。
一组合适的化合物由新泽西州(New Jersey)贝永(Bayonne)的肯瑞奇石油化工有限公司(Kenrich Petrochemicals，Inc.)以钛酸酯偶联剂出售，商品名称为Ken-ReactLica
Figure BPA00001388525200092
合适的化合物以Lica
Figure BPA00001388525200093
01([2，2-双(烯丙氧基甲基)]丁醇三-新癸酸钛IV)，Lica 09([2，2-双(烯丙氧基甲基))丁醇三(十二烷基)苯磺酸钛IV]和Lica 38([2，2-双(烯丙氧基甲基)]丁醇三(二辛基)焦磷酸钛IV)出售。其它可用的产品由肯瑞奇以Ken-ReactKR-TTS(烯丙氧基甲基三-异十八烷酸钛IV)出售。与肯瑞奇的那些产品相似的产品可从中国上海的安徽泰昌化工(Anhui TaiChang Chemical)获得。另外其它可用的产品以如下出售：均来自特拉华州(Delaware)威明顿(Wilmington)的杜邦精细化工公司(E.I.DuPont de NemoursSpecialty Chemicals)的以Tyzor
Figure BPA00001388525200094
217获得的乳酸钠锆和以Tyzor TE获得的三乙醇胺钛络合物；磷酸钛络合物，烷醇胺钛酸酯和钛螯合物，其均购自上海和台北的Borica，且以商品名称Tytan
Figure BPA00001388525200095
AP100(磷酸钛络合物)，Tytan CX200(烷醇胺钛酸酯)，Tytan CX300(烷醇胺钛酸酯)和TytanCX200(烷醇胺钛酸酯)，Tytan CX300(烷醇胺钛酸酯)和Tytan AQ33(钛螯合物)出售。本领域的技术人员会知道，这些仅是市售的实例，并不意味着是限制性的。还可以使用购自其它制造商的相似材料(如下述结果中所示)，或者所述化合物可以按照本领域中已知或待开发的任何合适的合成而单独合成。
在一个实施方式中，优选的添加剂是液体钛酸酯和/或具有如下所示的优选的化学式：
式(I)中，O-R1是可水解型基团，式中R1可以是直链或支链结构。所述基团还可以被各种官能团取代或不取代，只要可用于兼容或提高在本文中提出的乳状液和应用中的添加剂的官能度，所述官能团包括羟基、羧基、硫原子或含硫基团、含氮基团等。R1基团优选是烷基、烯基、芳烷基、芳烯基，最优选是约5～约30个碳原子，更优选约5～约12个碳原子的烯基或不饱和烷基。所述基团还优选含有约10个以下氧原子，所述氧原子可存在于羰基、醚键或者任何其它烷氧基化的结构中。最优选地，存在至少两个氧原子。
R2可以与R1相同或不同。优选地，R2是不同的且是约10～约15个碳原子的直链烷基。R2向所述结构提供了表面活性剂型、可乳化的基团。式(I)中，m和n是整数并各自是至少1且4以下。最优选地，m是1，且n是3。在最优选的实施方式中，所述添加剂具有以Kenrich，Ken-React
Figure BPA00001388525200102
Lica
Figure BPA00001388525200103
09可商购获得的如下化学式：
Figure BPA00001388525200104
所述有机钛化合物和/或有机锆化合物添加剂可以作为单一成分或这种添加剂的组合存在，但是优选使用仅一种添加剂化合物。该添加剂在制剂中的存在量优选为制剂的约0.01重量％～约10重量％以上，更优选蜡乳状液制剂的约0.1重量％～约2重量％。
在本文中的一种水性蜡乳状液的制造方法中，将所述蜡或多种蜡分别加热至熔融状态，且如果存在超过一种蜡，则将多种蜡共混在一起。然后可以将用于乳状液中的其它成分诸如稳定剂如聚乙烯醇、任选的皂化剂、分散剂、添加剂和任何其它成分的热水溶液与热的蜡共混物一起通过胶体磨，并使所得的乳状液冷却。
或者，可以使用均化器代替胶体磨。这种均化器可以是相同的用于均化乳状物和其它产品的通用型设备。在这种方法中，在高压下(通常约1500psi～约3500psi)供给蜡成分和乳化成分的混合物，从而将蜡乳化并产生比与胶体磨的使用典型相关的更小粒度。对于本领域的技术人员来说，基于该公开内容应当理解，能够使用用于制备乳状液的其它制造方法以及各种类型的设备和步骤，其是本领域中已知的或可以开发的。在乳状液的乳化成分在存储时发生分离的情况下，本发明的乳状液还可以容易地通过搅拌而重组(reform)。
其中本文中限定的所述至少一种蜡是任选时的混合物也在本发明的范围内。可以将这种混合物制备成“无蜡的”，但是可以利用蜡基材料(或者如本文中别处所述的蜡替代物或其它耐水性石膏添加剂如硅氧烷)任选地对其进行改性、制备并提供，从而将其形成为乳状液。这种混合物包含水、分散剂和在上文描述的新型有机钛化合物和/或有机锆化合物添加剂中的至少一种。任选地，这种混合物还包含一种以上稳定剂。所述水成分、分散剂、含钛或含锆的添加剂以及任何稳定剂是与上述用于蜡基乳状液的相同材料。还可以使用任选的皂化剂如上文中提及的那些皂化剂，然而，如果混合物是无蜡的，则这种皂化剂不必起皂化的作用，而是可以用于调整混合物的pH。
在一个优选的实施方式中，制备了这样的混合物，其包含约70重量％～约99.9重量％，更优选约80重量％～约99.9重量％的水；约0.01重量％～约10重量％，更优选约0.01重量％～约8重量％的分散剂(优选木质素磺酸或萘磺酸，或其盐，这些材料或其它已知分散剂的组合)；约0.001重量％～约10重量％以上，更优选0.1重量％～约2.0重量％的添加剂，和任选地约0～约30重量％，更优选约0重量％～约20重量％，最优选约0重量％～约10重量％，或约0.01重量％～约8重量％的稳定剂(优选如本文中描述所述的聚乙烯醇)。任选地，可以添加其它成分如皂化剂、pH调整添加剂或各种其它乳状液添加剂(包括蜡)以将混合物改性成乳状液。
该实施方式中的混合物，如果制备成无蜡的，则可以通过如在制备蜡基乳状液的非蜡相的第二步骤中，利用例如胶体磨、均化器或相似的混合机构简单地结合成分而制备。
本发明还包括固化性石膏制剂，其可以包含上文中所述的蜡乳状液或混合物中的任一种，或如下所述直接利用这种混合物的各种成分制备的蜡乳状液或混合物中的任一种。在利用本文中的蜡乳状液、混合物和成分制备石膏壁板时，按照本领域中已知的或待开发的任何合适的方式，制备石膏材料的水性浆料。在本发明的一个实施方式中，然后将本发明的水性蜡乳状液或混合物添加至浆料中，并与浆料按比例混合，从而相对于每100重量份石膏，提供约0.5重量份～约20重量份固体。或者，可以形成石膏浆料，并将有机锆和/或有机钛化合物直接提供至石膏浆料，而不将其首先与其它成分混合。优选地，还添加了分散剂如本文中描述的那些分散剂。分散剂的量可以改变，但是如果将这些成分首先用于水性混合物中然后添加，则优选相对于有机钛和/或锆化合物的比率与本文中使用和描述的比率相似。
基础石膏组合物可以根据石膏制造领域中的常规石膏制剂要求而变化。可以在浆料中包含其它成分如发泡剂、其它分散剂和固化促进剂。另外，应当注意，在利用本文中描述的混合物或乳状液，或者在本文中直接添加有机钛和/或有机锆化合物的固化性石膏浆料制剂的优选实施方式中，按重量计，在钛或锆化合物与浆料中的石膏之间存在约0.001∶100～约10.0∶100，更优选约0.01∶100～约2.0∶100，最优选约0.1∶100～约1.0∶100的比率。尽管这并非必需，但是它有助于优选的浆料粘度性能。
在由这种固化性石膏制剂制备壁板时，可以将石膏浆料和本文中描述的混合物、蜡乳状液或有机钛和/或锆化合物的混合物涂布至第一片壁板衬垫从而在其上形成石膏混合物层。然后在沉积层的上面布置第二片衬垫，从而形成第一片和第二片处于相对、面对的关系并在其间具有石膏混合物层的壁板组件或结构。
或者，可以利用涉及原位压制成形和相似技术的制造方法，将石膏浆料直接制成无衬垫的壁板结构，从而使得本文中对石膏壁板的提及不限于衬垫覆盖的壁板。然而，应当理解，用于制造包括固化性石膏制剂的壁板的任何制造技术都在本文中描述的发明范围内，例如，在外表面上利用玻璃毡代替标准衬垫而制造的壁板。
然后可以诸如通过烘炉干燥来对所得结构或组件进行干燥，以移除石膏水合不需要的过量水，从而留下完成的石膏壁板。如果使用了衬垫，则它们可以由纸形成或者也可以包含纤维玻璃或有机纤维毡。本发明的乳状液和混合物的使用和/或向浆料中提供本文中的有机钛和/或锆化合物帮助降低干燥时间和/或热，从而有助于在这种石膏壁板的制造过程中节约能量。在形成耐水性石膏壁板时，优选使用本文中的蜡基乳状液，且对于标准壁板，可以使用无蜡的混合物或蜡基乳状液。
本发明提供了对石膏壁板的现有制备方法的改进，因为当制备并添加至石膏浆料时，或者当直接向石膏浆料中提供有机锆和/或有机钛化合物(优选与分散剂一起)时，本文中的乳状液和混合物有助于提供降低的浆料粘度和由此降低的水含量，并能够降低干燥时间和/或热，由此降低制造过程中的能量使用。当将本文中的蜡基制剂用于耐水性石膏壁板时，该方法也是改进的方法。因而，本发明进一步包括一种方法，所述方法通过在这些建筑产品制造过程中的任何干燥步骤之前，向用于形成这种建筑产品的制剂提供本文中所述的本发明的乳状液或混合物或者与优选的分散剂一起直接添加有机钛和/或有机锆化合物，而降低在建筑产品如石膏壁板的制造中的能量消耗。如果形成耐水性石膏壁板，则优选使用本文中所述的蜡基乳状液。
现在将参考如下非限制性实施例来描述本发明。
实施例1～15
制备多种蜡制剂(包括三个对照样品A、B和C)以评价包含本文中的新型有机钛化合物或有机锆化合物添加剂的蜡制剂。蜡乳状液通过如下制备：利用高架的混合器在加热板上混合水、分散剂、氢氧化钾和聚乙烯醇，直至将聚乙烯醇熔化并良好地分散(约15分钟，利用设定在135℃～145℃的加热板)。在单独的容器中，在加热板上将石蜡和褐煤蜡熔化，直至两者完全熔融。在将水混合物和蜡混合物两者准备好之后，将水混合物放入混合碗中并启动磨机。在磨机达到全速之后，缓慢添加热的蜡共混物。将所得的组合成分高速混合60秒。在60秒的最后，将液体转移至冷冻的金属器皿中，然后将器皿立即放入冰浴中，并同时利用高架的混合器低速混合，直至所得乳状液处于室温。
每种制剂具有如下基本组成：对于乳化成分；60.4重量％的水，0.4重量％的氢氧化钾(45％)，2.4重量％的水解的聚乙烯醇(制造商的规格为98％～98.8％水解的聚乙烯醇)和1.5重量％的分散剂(木质素磺酸，钠盐)。蜡成分包含33.3重量％的石蜡和2.1重量％的如下蜡中的一种：褐煤蜡、费托蜡(Sasolwax)或巴西棕榈蜡。制备了三个对照样品(各自基于褐煤蜡(对照A)、费托蜡(对照B)和巴西棕榈蜡蜡(对照C)中的样品)，而未利用本文中描述的锆基或钛基添加剂。剩余的发明例以表1中所述的变化量包含各种有机钛酸酯或有机锆酸酯添加剂。
评价了乳状液的％吸水率(在71℉下利用两小时浸泡试验对其进行测量)和浆料粘度。在这些实施例中，评价了各种标准和性能，具体地为％吸水率(在71℉下利用两小时浸泡试验对其进行测量)和浆料粘度(利用4号福特杯以秒为单位进行测量)。将制剂的固体百分率保持在约38重量％～42重量％的标准目标范围内。另外，观察各种样品的乳状液和泡沫稳定性。按照大于对照的减水剂(water reducers)，相对于用于耐水性石膏壁板的评价标准，利用视为重要标准的吸水率(优选的吸收百分比是约6％吸水率以下，最优选的是约5％以下)，以及相对于成本可用性和其它产业利用因素的标准，来评价样品。通过将浆料倒入4号福特杯中来试验浆料粘度。记录浆料从杯子中倒空所经过的时间，以及所得的圆饼(patty)在福特杯下在玻璃或Plexiglas表面上形成12cm。在杯子完全倒空之后，测量圆饼。将上述试验的结果呈现在下表2中。
Figure BPA00001388525200161
表2
  样品   吸水率(重量％)   浆料粘度(秒)   圆饼尺寸(cm)
  对照A   5.2   13.3   16.5
  对照B   7.4   16.5   15.25
  对照C   5.2   16.5   15.25
  1   4.5   12.2   20.25
  2   5.5   12.1   20
  3   5.02   18.6   16
  4   5.64   17.8   15.5
  5   5.35   20.4   16
  6   6.4   11.9   19.5
  7   7.5   12.6   18.5
  8   5   11.5   20.5
  9   4.7   11.6   20.75
  10   4.83   20.7   16
  11   5.33   18.3   16
  12   5.36   18.2   16
  13   5.2   16.9   15.25
  14   6.3   15.9   15.75
  15   4.9   12.6   19.75
尽管基于变化的成分量，一些样品在吸水率方面表现得稍好，但是通常能够看出，试验的添加剂提供了可比较的性能，且在许多情况下好于具有可比较的蜡基础成分组成的对照。除了提供用于制造耐水性石膏壁板的良好吸水率的潜能之外，本发明制剂还帮助降低浆料粘度(增加圆饼尺寸)，从而使水的使用最小化并通过需要较少用于干燥的能量而帮助降低能量消耗。对于制造商来说，这导致全面节能改进和成本节约。
实施例16～35
通过使用高架的混合器，以本发明的变化量将水、分散剂(除了一个实施例之外)、任选的氢氧化钾和作为添加剂的Lica
Figure BPA00001388525200171
09混合在一起，直至良好地分散，通常约5分钟，从而制造各种无蜡混合物。在这些实施例中，使用热水(约180℉～200℉)来改进粘性添加剂的混合。然后在利用高架的混合器低速混合的同时，在冰浴中将混合物冷却至室温。尽管聚乙烯醇在本文中描述的制剂中是任选的，但是如果当使用聚乙烯醇时，应当将混合物充分加热以使聚乙烯醇熔化，加热是在利用高架的混合器混合30分钟的同时，于设定在135℃～145℃的加热板上完成的。在下表3中示出各组合物以及不含有机钛基添加剂的对照，并且还显示仅使用水的情形。
表3
Figure BPA00001388525200181
*多泡沫的
#极多泡沫的
不能测量对照的期望性能，因为其是多泡沫的且在试验期间未离开杯子。由于制造令人满意的石膏壁板所需的芯结构，过量泡沫或消泡添加剂能够对板制造商会造成不利影响。基于前文，能够看出，本发明提供了这样的优点，其中添加剂帮助将浆料粘度降低(并增加圆饼尺寸)至能够减少水使用的点，从而提供能量节约，因为它会使石膏壁板制造商能够需要较少的能量进行干燥来从成品中移除水。改进(降低)能量消耗(通过缩短干燥时间)还能够帮助提高线速度并使得将烘炉保持在相同的温度下，另外可以降低炉温度。对制造商来说，这导致全面节能改进和成本节约。可以将这种制剂用于耐水性和标准壁板，因为在用于石膏壁板的蜡基耐水性制剂中，以及在用于任何石膏壁板制剂的可以使其成为无蜡的制剂中获得了益处。
在本发明的进一步试验中，试验了各种材料组合。样品包括表面活性剂、工艺用水、KOH、PVOH、木质素磺酸盐和蜡的各种组合。在下表4中看到的结果(实施例36～142)也证明了本发明的效能，如由样品的圆饼尺寸的增加所例证的。在这些实施例中，通过塌陷(slump)试验来测量浆料粘度。用手将添加剂共混物(1.2克)与100克水和100克灰泥(源自国民石膏公司(National Gypsum))混合10秒，并在设定在中速的麦芽混合器上再混合15秒。将所得浆料倒入设置在有机玻璃板上的2英寸直径×2英寸高的管中。对所述管进行垂直拉伸并测量所得的浆料圆饼。测量仅水和灰泥的圆饼尺寸(塌陷(slump))为18.5cm；将该值用作对照。提供大于18.5cm的塌陷的任何添加剂共混物都被认为提供比对照更大的流动性(更低的粘度)，由此能带来更大的减水潜能。
表4
Figure BPA00001388525200201
表4(续)
Figure BPA00001388525200211
表4(续)
Figure BPA00001388525200221
表4(续)
Figure BPA00001388525200231
表4(续)
Figure BPA00001388525200232
1蜡
2固体
3重糊膏
4固体
5分离的溶液
6失败的共混物(blend aborted)
7固体
8木质素磺酸盐将共混物结合在一起
9共混物浓稠(blend thick)
10木质素磺酸盐沉降在杯底部
11共混物浓稠
12共混物固体
13木质素磺酸盐将共混物结合在一起
14接近固体过夜
15不与水混合
16与水相容的木质素磺酸盐
17呈固溶体过夜(solution solid overnight)
本领域的技术人员会理解，能够对上述实施方式进行改变，而不背离广泛的发明构思。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施方式，而是其旨在涵盖在如所附权利要求书所定义的本发明的主旨和范围内的修改。

Claims (20)

1.一种蜡乳状液，包含：
水；
至少一种蜡；
分散剂；和
包含有机钛化合物或有机锆化合物的添加剂。
2.权利要求1的蜡乳状液，其中至少一种蜡包含褐煤蜡、石蜡、巴西棕榈蜡、费托蜡以及其衍生物及共混物中的一种以上。
3.权利要求2的蜡乳状液，其中至少一种蜡是石蜡与褐煤蜡的共混物。
4.权利要求1的蜡乳状液，包含链烷烃。
5.权利要求1的蜡乳状液，进一步包含至少一种稳定剂。
6.权利要求5的蜡乳状液，其中至少一种稳定剂包含聚乙烯醇。
7.权利要求6的蜡乳状液，其中所述聚乙烯醇是约97％～约100％水解的聚乙烯醇。
8.权利要求1的蜡乳状液，进一步包含皂化剂。
9.权利要求8的蜡乳状液，其中所述皂化剂是碱金属氢氧化物。
10.一种混合物，包含：
水；
分散剂或多种分散剂的共混物；和
包含有机钛化合物或有机锆化合物的添加剂。
11.权利要求10的混合物，其中所述分散剂包含磺酸盐或含磺酸根的基团。
12.权利要求10的混合物，其中所述分散剂是木质素磺酸、萘磺酸、和其组合及盐。
13.权利要求10的混合物，包含：约70重量％～约99.9重量％的水；约0.01重量％～约10重量％的分散剂；约0.001重量％～约10重量％的添加剂；和0～约30重量％的至少一种稳定剂。
14.权利要求13的混合物，包含：约80重量％～约99.9重量％的水；约0.01重量％～约8重量％的分散剂；约0.1重量％～约2.0重量％的添加剂；和约0重量％～约10重量％的所述至少一种稳定剂。
15.权利要求10的混合物，其中所述添加剂选自[2，2-双(烯丙氧基甲基)]丁醇三-新癸酸钛IV；[2，2-双(烯丙氧基甲基)]丁醇三(十二烷基)苯磺酸钛IV；[2，2-双(烯丙氧基甲基)]丁醇三(二辛基)焦磷酸钛IV；烯丙氧基甲基三-异十八烷酸钛IV；乳酸钠锆；三乙醇胺钛络合物；磷酸钛络合物；烷醇胺钛酸酯；和钛螯合物。
16.权利要求10的混合物，其中所述添加剂具有如下化学式：
Figure FPA00001388525100021
式中R1可以是约5～约30个碳原子的直链或支链的、取代或未取代的烷基、烯基、芳烷基、芳烯基，其中所述基团具有0～约10个氧原子；R2可以与R1相同或不同；m和n是整数并各自是至少1且不大于4。
17.权利要求16的混合物，其中R1是约5～约12个碳原子的支链烯氧基，R2不同于R1且是约10～约15个碳原子的直链烷基；m是1，且n是3。
18.权利要求16的混合物，其中所述添加剂具有如下化学式：
Figure FPA00001388525100031
19.一种用于在建筑产品的制造中减少能量消耗的方法，其中所述建筑产品是石膏壁板，所述方法包含：
向用于形成所述建筑产品的制剂提供混合物，所述混合物包含：
水；
分散剂；和
包含有机钛化合物或有机锆化合物的添加剂。
20.权利要求19的方法，其中所述建筑产品是耐水性建筑产品且所述混合物是蜡乳状液，且其中所述蜡乳状液包含至少一种蜡。
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