CN104039736A - 抗下垂石膏制品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种组合物、石膏板和它们的制备方法以及抗坏血酸作为抗下垂添加剂在石膏制品中的应用。所述石膏板包括由所述组合物制备的凝固石膏；而所述组合物包括半水石膏、水和含

Description

抗下垂石膏制品及其制造方法
技术领域
本发明涉及石膏制品，尤其涉及石膏板组合物、石膏板及其制备方法，以及抗坏血酸作为抗下垂添加剂在石膏板中的应用。
背景技术
在现代建筑领域，石膏(主要成分二水硫酸钙)是建筑行业所用的主要材料。实例包括用于形成建筑中天花板和墙的石膏板、和在吊顶天花板/墙上的加工面使用的常规灰浆。
在制备石膏产品的过程中，将烧石膏(半水硫酸钙和/或无水硫酸钙)和水的混合物进行浇铸，其中烧石膏(灰浆)经水化形成凝固石膏，其包括结晶水化石膏基质(二水硫酸钙)，使石膏制品具有高的结构强度。因而石膏制品具有重量轻和强度高的优势从而广泛用于建筑产品。
然而，如果石膏制品长时间处于高湿度条件下，会出现变形表现，在工业上有时称为下垂或潮湿变形。表现出该变形的石膏制品在安装后会体现出差的美学感受，并且会需要昂贵的修补工作来纠正。因而如何克服凝固石膏的抗形变能力差的问题是建筑行业研究的焦点，并已取得一定的成果。
例如公开号为CN101747014A的中国专利申请公开了一种通过向烧石膏中添加硼酸作为添加剂来提高石膏制品的抗下垂性的方法。英国专利GB1481788A公开了使用没食子酸(Gallic acid)作为抗形变添加剂以提高石膏板的抗下垂性。英国专利GB1226333A公开了含有酒石酸的预浇铸石膏灰浆片、板和块，其具有比不含酒石酸的类似制品更大的耐塑性流动性。还已知可使用磷酸盐，如美国专利US6342284中所公开的。
发明内容
针对上述现有的石膏制品在湿度条件下易发生下垂和蠕变，抗形变能力差，从而导致稳定性差的缺陷，本发明提供了一种组合物和石膏板及石膏板的制备方法。所述组合物中包括抗形变添加剂，由所述组合物制成的石膏板在湿度条件下具有良好的抗形变能力，尤其是抗下垂能力，从而提高了石膏板的稳定性。
本发明所提供了一种石膏板组合物、石膏板及其制备方法以及抗坏血酸作为抗下垂添加剂在石膏板中的应用。
所述组合物包括石膏和抗形变添加剂；所述抗形变添加剂包括含有化学式(1)中所示基团的化合物，
且所述化合物不含羧酸根基团。本申请的组合物中提及的所述石膏是半水石膏(半水硫酸钙)。
本发明还提供了一种形成组合物的方法，包括：将石膏粉末和抗形变添加剂与水混合，并搅拌所述混合物，其中所述抗形变添加剂包括含有化学式(1)：(1)中所示基团的化合物，并且所述化合物不含羧酸根基团，其中R1和/或R2是氢，或金属离子，或烷基，或烷氧基，或烯基。
任选地，所述组合物还包括选自淀粉、发泡剂、促凝剂、分散剂以及其他在石膏板和灰浆制造领域技术人员已知的一种或更多种组分，作为辅助添加剂。
本发明还提供了一种石膏板，包括石膏、淀粉、发泡剂(可选择添加的)、分散剂、促凝剂和抗形变添加剂，以及石膏板和灰浆制造领域技术人员已知的材料，其中所述抗形变添加剂包括含有化学式(1)：中所示基团的化合物，并且所述化合物不含羧酸根基团；其中R1和/或R2是氢，或金属离子，或烷基，或烷氧基，或烯基。本申请的最终石膏板中提及的所述石膏为二水石膏(二水硫酸钙)。
本发明还提供了一种石膏板的制备方法，包括以下步骤：将半水石膏、水、淀粉、发泡剂(可选择性添加)、促凝剂、分散剂和抗形变添加剂混合，其中所述抗形变添加剂包括含有化学式(1)：(1)中所示基团的化合物，并且所述化合物不含羧酸根基团；其中R1和/或R2是氢，或金属离子，或烷基，或烷氧基，或烯基；搅拌所述混合物形成浆料；将浆料置于两个衬垫之间形成夹层结构；基于夹层结构形成第一板；在硬化过程之后，将第一板切割成多个具有期望长度的第二板；干燥所述多个第二板以蒸发多余的水。
浆料通常沉积在衬垫(例如纸张)上，并用另一个衬垫覆盖，从而使得浆料被两个衬垫夹在中间，然后该夹层结构经过一对用于确定板的厚度的成形板或辊。在这之后，该结构沿输送线通行，以提供时间使灰浆浆料水化和硬化。切割硬化的结构以提供多个期望长度的板，并且将其传送到干燥系统以使多余的水蒸发。
本发明还提供了含有化学式(1)中所示基团且不合羧酸根基团的化合物作为抗下垂添加剂在石膏制品中的应用。
任选地，上述化学式(1)具有结构-COH＝COH-。
任选地，上述含化学式(1)中所示基团且不合羧酸根基团的化合物选自抗坏血酸、抗坏血酸衍生物和抗坏血酸盐中的至少一种。
任选地，在所述组合物和石膏制品中，包含所述化学式(1)中所示基团且不含羧酸根基团的化合物相对于所述石膏的质量百分比为0.01～5.0％，优选为0.1％～1.0％。
任选地，所述抗坏血酸衍生物为L-抗坏血酸硬脂酸酯(结构式：)和L-抗坏血酸6-棕榈酸酯(结构式：)。
任选地，所述抗坏血酸盐是抗坏血酸钙。
任选地，所述含有化学式(1)中所示基团的化合物包括化学式(2)中所示的基团，
任选地，所述含化学式(2)所示基团的化合物为丹宁酸(英文名：Tannic acid，结构式：化学式：C76H52O46)或邻苯三酚(英文名：Benzene-1，2，3-triol，结构式：)。
任选地，所述含化学式(1)中所示基团的化合物包括化学式(3)中所示的基团，
任选地，所述含化学式(1)中所示基团的化合物包括化学式(4)中所示的基团，
本发明还提供了一种抗坏血酸作为抗下垂添加剂在石膏制品中的应用。
与现有技术相比，组合物和石膏制品及其制备方法具有以下优点：
1.本发明中，所述石膏制品包括由所述组合物制成的凝固石膏；而所述组合物包括了半水石膏、水和包含基团且不含羧酸根基团的化合物。由所述组合物制成的凝固石膏相比于现有技术显示出更好的抗形变性能，有效提高石膏制品的抗形变性能。即使是在高湿度条件下，本发明石膏制品也难以发生形变，具有较强的稳定性，从而提升了石膏制品的质量，以满足对于高稳定性的要求；
而且任选实施方案中作为具有“-COH＝COH-”基团的化合物具体实例的抗坏血酸、丹宁酸和邻苯三酚价格低廉、易得，降低了本发明组合物的成本。
2.另外，化合物不影响石膏浆料的凝固，因此与其他抗下垂添加剂如酒石酸相比更利于制造本身，酒石酸是工业中公知和常用的添加剂，其减缓石膏浆料的凝固速度。
具体实施方式
正如背景技术所述，凝固石膏具有重量轻、结构强度高的优势，并且广泛应用于建筑行业的石膏制品中。然而实际使用中发现，当以凝固石膏为主要成分的石膏制品暴露于高湿度时会出现下垂和蠕变。该表现影响石膏制品的美观，无法满足石膏制品标准。
为了解决现有石膏抗形变能力差和稳定性差的缺陷，本发明提供了一种组合物和由该组合物制成的石膏制品以及它们的制备方法。与现有技术相比，由本发明的组合物制成的石膏制品的抗形变能力(具体表现为抗下垂能力)得到显著提升。
本发明提供的组合物包括：石膏、水和抗形变添加剂。所述抗形变添加剂包括含有化学式(1)中所示基团且不含羧酸根基团的化合物。所述基团可包含选自开链结构(如-OHC＝COH-CO-)、脂环结构(如)或是芳香环结构(如)中的任一结构，且其在化合物结构中的表现形式不受限制。组合物中提及的所述石膏为半水石膏(半水硫酸钙)。
具体地，包含化学式(1)中所示基团的化合物包括化学式(2)中所示基团、化学式(3)中所示基团，或者是具有化学式(4)中所示基团的化合物。
其中，更为具体的，含有化学式(1)中所示基团的化合物可优选为抗坏血酸(英文名：ascorbic acid；系统命名：2，3，4，5，6-五羟基-2-己烯酸-4-内酯)、丹宁酸(或命名为：Acidum Tannicum)、邻苯三酚(英文名：Benzene-1，2，3-triol)或是它们的衍生物。应理解抗坏血酸可为L-抗坏血酸，D-抗坏血酸，L-异抗坏血酸和D-异抗坏血酸。
其中，在所述组合物中，所述含有基团的化合物相对于所述半水石膏的质量比为0.01％～5.0％，优选为0.1％～1.0％。
为了提高由所述组合物制成的石膏板的质量，所述组合物还可包括选自发泡剂、分散剂、促凝剂和淀粉中的一种或更多种添加剂。所述组合物的制备方法包括：将石膏粉末和抗形变添加剂按照特定比例置入水中混合；并搅拌混合物，其中所述抗形变添加剂包括含化学式(1)所示基团且不含羧酸根基团的化合物。如此便可获取本发明的组合物，并且操作过程简单，因而可工业大规模推广。
本发明还提供了一种由上述组合物制成的石膏板，石膏制品的组分尤其包括石膏、淀粉、发泡剂、分散剂、促凝剂，和包含含有化学式(1)中所示基团且不合羧酸根基团(-COOH)的化合物的抗形变添加剂。最终石膏板中提及的所述石膏为二水石膏。
其中，成品可为石膏板，并且石膏板的外围可包覆衬垫，例如纸张、含聚合物和/或玻璃纤维的非织造垫等，以形成具有特定形状及用途的石膏制品。
在所述石膏板的制备工艺中，首先将石膏、淀粉、发泡剂、促凝剂、分散剂、包含含有化学式(1)中所示基团且不含羧酸根基团的化合物的抗形变添加剂，以及石膏板和灰浆制造领域技术人员已知的材料，在水中混合并且搅拌混合物以形成浆料；然后浆料通常沉积在衬垫(例如纸张)上，并用另一个衬垫覆盖，从而使得浆料被两个衬垫夹在中间。然后该夹层结构经过一对用于确定板的厚度的成形板或辊。在这之后，该结构沿输送线通行，以提供时间使灰泥浆料水化和硬化。切割硬化的结构以提供多个期望长度的板，并且将其传送到干燥系统以使多余的水蒸发。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面以发明的具体实施方案和以发明的实施例与采用现有添加剂的那些石膏制品对于抗下垂性能测试的对比实验数据，进一步阐述本发明组合物和石膏制品及它们的制备方法以及本发明获取的石膏制品优异的抗下垂性能。
在下面的描述中阐述了更多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施。因此本发明不受下面具体实施方式的限制。
实施例1
I.实施例和对比例制备过程如下：
将特定量的添加剂粉末(此处添加剂仅为下表1中所示实施例和对比例中的添加剂)，和500g经煅烧的半水硫酸钙粉末与350g水混合并搅拌混合物15秒以相应地产生多个含不同添加剂的浆料；
将获取的浆料倒入各模具(各模具相同)中，经12小时后制备各自尺寸为400×400×10mm的石膏板。取出成型的石膏板，并依次在50～70℃下干燥10～15小时，然后在30～50℃下干燥20～30小时，以制备多块对应待测试的不同添加剂的石膏板样品。将得到的石膏板在20℃的温度和相对湿度为50％RH条件下放置24小时后，切割成320×40×10mm，用于抗下垂测试。
II.抗下垂测试过程：
测试环境：恒温20±0.5℃；相对湿度：93±3％RH。
然后将各块石膏板水平放置在3个支撑物上，两个支撑物之间的距离为300mm。在石膏板的中心部分放置一块金属承重块(其质量如下表1所示)，从而加快下垂过程。在24小时期间，采用激光位移计(型号：Keyence IL-065)不间断测试石膏板样品中心部分的下垂量，并记录24小时后各块石膏板样品的最终下垂数据。
各实施例和对比例(添加剂取自现有技术)的组分及实施例和对比例对应的石膏板的测试数据如表1所示：
表1：石膏板样品的抗下垂测试数据表
结果参数＝24小时后下垂量/承重块质量，该值越小，石膏板样品的
抗下垂性越好
添加剂含量为：各实施例中添加剂的质量/半水硫酸钙的质量
III.测试结果分析：由相应含有不同添加剂的石膏板样品的抗下垂性能的上表中可知：
在包含含有基团的化合物(实施例1样品1中为抗坏血酸、实施例1样品2为邻苯三酚实施例1样品3为丹宁酸)为添加剂的实施例的石膏板与含有包含酒石酸和改性三聚磷酸铝盐的化合物为添加剂的对比例石膏板的抗下垂测试后，显示出实施例的3个样品的结果参数明显小于对比例的结果参数(结果参数较小的为佳)。其中，包含酒石酸的化合物含有相邻“-OH”基团却没有“-C＝C-”基团。
根据表1，含不同添加剂的石膏板样品的抗下垂性能的测试数据可获知，相比于对比例的现有石膏板样品，本发明含有包含“-COH＝COH-”基团且不含羧酸根基团的化合物为添加剂的石膏板具有更好的抗下垂性能和更好的稳定性。尤其含有抗坏血酸为添加剂的石膏板(实施例样品1)的抗下垂性，是含有改性三聚磷酸铝盐为添加剂的石膏板的抗下垂性的2.7倍(1.41/0.51＝2.7)，是含酒石酸为添加剂的石膏板的抗下垂性的2倍(1.01/0.51＝2)。
同样，基于含有抗坏血酸为添加剂的石膏板特别好的抗下垂性能，含有与作为其前体的抗坏血酸结构相似的抗坏血酸硬脂酸酯和抗坏血酸棕榈酸酯的石膏板也显示出相当好的抗下垂性。
实施例1样品2(以邻苯三酚为添加剂)和实施例1样品2(以丹宁酸为添加剂)的石膏板的抗下垂性显著好于包含含羧酸阴离子的化合物为添加剂的石膏板的抗下垂性能。
实施例2
将含有0.175～0.35g促凝剂(以实现6-7分钟的目标起始凝固时间以有利于实验室操作)、3.811g淀粉和不同量抗坏血酸的700g经煅烧的脱硫石膏与含有3g发泡剂和4.375～7g分散剂(以实现90-100mm的目标扩散，也有利于实验室操作)的490g水混合，并搅拌混合物15秒以相应地产生含不同添加剂的多份浆料。
将获得的浆料倒入模具(各模具相同)中。其中，在将浆料倒入模具前，在模具内铺设一层衬纸，而浆料倒在衬纸上；之后在模具中的浆料的上表面上放置另一层衬纸，向上方衬纸加压，使多余的浆料溢出，从而使两张衬纸间的浆料凝固，以产生石膏板，且两张衬纸各在表面的每一侧上。移除模具，取出石膏板，然后放入烘箱中，依次经180℃条件下干燥20分钟、60℃下干燥12小时和40℃下干燥24小时三步干燥步骤以形成多个含有不同量的抗坏血酸的石膏板样品。石膏板样品的组成示出于表2中。
将石膏板样品切成与实施例相同的形状，采用相同的条件、相同的方法进行含有不同量抗坏血酸的石膏板的抗下垂测试。结果示于表2中。
表2.石膏板样品的抗下垂测试数据
＊结果参数＝24小时后下垂量/承重块质量
如实施例1中记载，与现有的石膏制品相比，包含含有化学式(1)中所示基团基团且不含羧酸根基团(-COOH)的化合物为抗形变添加剂的石膏制品具有显著改善的抗下垂性能，而且由所述化合物制得的其中含基团的化合物与半水石膏的质量比为0.01～5.0％范围的石膏制品具有相当高的抗下垂性能，且在该范围内，含基团的化合物与半水石膏的质量比优选为0.1～1.0％。
实施例3：抗坏血酸对凝固时间的影响
石膏板工业的现存问题是目前的抗下垂添加剂，如羧酸，提高了石膏浆料的凝固时间，其对生产线有不利影响。为解决这个问题，需要使用额外的促凝剂，因而会增加生产成本。表3示出具有不同水平的L-抗坏血酸和L-酒石酸的石膏浆料的起始和最终凝固时间。通过使用石膏板和灰浆制造领域技术人员已知的Vicat设备来测量凝固时间。从表3可见L-酒石酸显著增加了石膏浆料的凝固时间。相反地，L-抗坏血酸对凝固时间的影响很小。
表3.具有不同抗形变添加剂的石膏浆料的凝固时间
本发明还提供了抗坏血酸作为抗下垂添加剂在石膏制品中的应用。任何形式的包括抗坏血酸的抗下垂添加剂，和所述添加剂在抑制石膏制品下垂行为中的应用均在本发明的保护范围内。
上述公开的优选的实施方案不应被理解为用来限定本发明，任何本领域技术人员在本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (33)

1.一种石膏板组合物，包括：
石膏和抗形变添加剂，
其中所述抗形变添加剂包括含有化学式(1)中所示基团的化合物，
且所述化合物不含羧酸根基团，
其中，所述R1和/或R2为氢、或金属离子、或烷基、或烷氧基、或烯基。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物包括选自抗坏血酸、抗坏血酸衍生物和抗坏血酸盐中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中所述抗坏血酸衍生物包括选自L-抗坏血酸硬脂酸酯和L-抗坏血酸6-棕榈酸酯中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的组合物，其中所述抗坏血酸盐是抗坏血酸钙。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述含化学式(1)中所示基团的化合物包括化学式(2)中所示的基团，
6.根据权利要求5所述的组合物，其中所述含化学式(2)中所示基团的化合物为丹宁酸或邻苯三酚。
7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述含化学式(1)中所示基团的化合物包括化学式(3)中所示的基团，
其中，所述R1和/或R2为氢、或金属离子、或烷基、或烷氧基、或烯基。
8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述含化学式(1)中所示基团的化合物包括化学式(4)中所示的基团，
其中，所述R1和/或R2为氢、或金属离子、或烷基、或烷氧基、或烯基。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的组合物，其中所述化合物相对于所述石膏的质量百分比为0.01％～5％。
10.一种形成组合物的方法，包括：
将石膏粉末和抗形变添加剂与水混合；以及
搅拌所述混合物，
其中所述抗形变添加剂包括含有化学式(1)中所示基团的化合物，
且所述化合物不含羧酸根基团，
其中，所述R1和/或R2为氢、或金属离子、或烷基、或烷氧基、或烯基。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述化合物相对于所述石膏粉末的质量比为0.01～5.0％。
12.一种石膏板，包括：
石膏、淀粉、分散剂、促凝剂，抗形变添加剂，和任选的发泡剂，
其中所述抗形变添加剂包括含有化学式(1)中所示基团的化合物，
化学式(1)，
且所述化合物不含羧酸根基团，
其中，所述R1和/或R2为氢、或金属离子、或烷基、或烷氧基、或烯基。
13.根据权利要求12所述的石膏板，其中所述化合物包括选自抗坏血酸、抗坏血酸衍生物和抗坏血酸盐中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的石膏板，其中所述抗坏血酸衍生物包括选自L-抗坏血酸硬脂酸酯和L-抗坏血酸6-棕榈酸酯中的至少一种。
15.根据权利要求13所述的石膏板，其中所述抗坏血酸盐是抗坏血酸钙。
16.根据权利要求12所述的石膏板，其中所述含化学式(1)中所示基团的化合物包括化学式(2)中所示的基团，
17.根据权利要求16所述的石膏板，其中所述含化学式(2)中所示基团的化合物为丹宁酸或邻苯三酚。
18.根据权利要求12所述的石膏板，其中所述含化学式(1)中所示基团的化合物包括化学式(3)中所示的基团，
19.根据权利要求12所述的石膏板，其中所述含化学式(1)中所示基团的化合物包括化学式(4)中所示的基团，
20.根据权利要求12所述的石膏板，其中所述石膏产品为石膏板，该石膏板被衬垫包裹。
21.根据权利要求20所述的石膏板，其中所述衬垫为纸张、含有聚合物和/或玻璃纤维的非织造垫等。
22.根据权利要求12至21中任一项所述的石膏板，其中所述化合物相对于所述石膏的质量百分比为0.01％～5.0％。
23.一种石膏板的制备方法，包括：
将石膏、水、淀粉、促凝剂、分散剂、抗形变添加剂和任选的发泡剂混合，
其中所述抗形变添加剂包括含有化学式(1)中所示基团的化合物，
且所述化合物不含羧酸根基团，
其中，所述R1和/或R2为氢、或金属离子、或烷基、或烷氧基、或烯基；
搅拌所述混合物以形成浆料；
将所述浆料置于两个衬垫之间以形成夹层结构；
基于所述夹层结构形成第一板；
在硬化过程之后，将所述第一版切割为多个具有期望长度的第二板；
干燥所述多个第二板以蒸发多余的水。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述化合物包括选自抗坏血酸、抗坏血酸衍生物和抗坏血酸盐中的至少一种。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述抗坏血酸衍生物包括选自L-抗坏血酸硬脂酸酯和L-抗坏血酸6-棕榈酸酯中的至少一种。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述抗坏血酸盐是抗坏血酸钙。
27.根据权利要求23所述的方法，其中所述含化学式(1)中所示基团的化合物包括化学式(2)中所示的基团，
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述含化学式(2)中所示基团的化合物为丹宁酸或邻苯三酚。
29.根据权利要求23所述的方法，其中所述含化学式(1)中所示基团的化合物包括化学式(3)中所示的基团，
30.根据权利要求23所述的方法，其中所述含化学式(1)中所示基团的化合物包括化学式(4)中所示的基团，
31.根据权利要求23至30中任一项所述的方法，其中所述化合物相对于所述石膏的质量百分比为0.01％～5.0％。
32.一种使用含化学式(1)：(1)中所示基团且不含羧酸根基团的化合物的方法，其中所述化合物用作石膏制品中的抗下垂添加剂。
33.一种使用抗坏血酸的方法，其中所述抗坏血酸用作石膏制品中的抗下垂添加剂。
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