CN108290791A - 用于石膏建筑材料的添加剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于生产成型石膏制品的添加剂，包含这些添加剂的成型石膏制品，以及用于生产这些成型石膏制品的方法。所述添加剂包含硼酸和/或硼酸的盐、酒石酸和/或酒石酸的盐，以及水泥。
Description
本发明涉及一种用于石膏建筑材料的添加剂。具体地，本发明涉及一种用于石膏建筑材料的添加剂，其提升石膏建筑材料的抗下垂性(sag resistance)及断裂强度。
现有技术已知增加成型石膏制品，特别是石膏板(gypsum board)的抗下垂性的添加剂。就石膏板来说，其蠕变现象，特别是在潮湿条件下(例如高空气湿度)早已为人所知。举例来说，DE 1771017 B2描述了使用酒石酸来减少成型石膏制品的蠕变。用多磷酸盐，特别是用STMP(三偏磷酸钠)可获得更好的效果，例如参见WO 99/08978。
此外，现有技术中已知不同试剂的组合。例如，US 2006/0048680 A1描述了酒石酸与硼酸或硼酸盐的组合作为用于改善抗下垂性的添加剂的用途。此外，也可包含碱金属磷酸盐或碱土金属磷酸盐，如STMP。
本发明的目的是提供用于改善成型石膏制品的抗下垂性的其他添加剂，其中，成型石膏制品的抗下垂性至少与包含STMP作为提升抗下垂性添加剂的成型石膏制品的抗下垂性一样好。此外，也提供成型石膏制品和用于制备这类成型石膏制品的方法，其中所述石膏制品不含任何STMP，然而其抗下垂性至少与用STMP生产的成型石膏制品的抗下垂性一样好。
所述目的通过添加如权利要求1所述的添加剂，如权利要求7所述的成型石膏制品，和如权利要求8所述的用于制备成型石膏制品的方法得以实现。在各个从属权利要求中描述了本发明的优选实施例的特征。术语“添加剂”被用作用于石膏浆料成分的包含术语，其对成品石膏制品的抗下垂性具有积极影响。所述添加剂无须是预制混合物，也可以单独将各组分添加到石膏浆料中。
因此，用于生产成型石膏制品的添加剂包含硼酸和/或硼酸的盐、酒石酸和/或酒石酸的盐，以及水泥。可以证明，由硼酸、硼酸盐、酒石酸、和酒石酸盐(酒石酸的盐)组成的本身已知的物质与水泥结合时，在抗下垂性方面具有改进的效果。
相对于使用添加剂的煅烧石膏的量，在添加剂中可以包含0.01到0.15重量％的硼酸或硼酸盐(即硼酸的盐)。使用更大量的硼酸或硼酸盐也是可能的，但是由于需要按照REACH法规进行申报而不采用。因此，相对于一定量的煅烧石膏，所述添加剂优选地包含0.01到0.1重量％的硼酸或硼酸盐。
根据一个特别优选的实施例，酒石酸外消旋体(即D-和L-酒石酸的混合物)被用作酒石酸。就成本而言，酒石酸外消体是酒石酸的有利变体。相对于使用添加剂的煅烧石膏的量，在添加剂中可以包含0.01到0.1重量％的酒石酸和/或酒石酸的盐。所述添加剂优选地包含0.01到0.03重量％之间的酒石酸/酒石酸盐或硼酸/硼酸盐。
举例来说，硅酸盐(Portland)水泥可以用作水泥。根据本发明的一个实施例，相对于使用添加剂的煅烧石膏的量，包含0.05到0.5重量％，优选地0.08到0.25重量％的水泥。
本发明还涉及成型石膏制品，尤其是石膏板如灰泥板(plasterboards)，其由浆料生产，而所述浆料至少由煅烧石膏，水和用于从凝固石膏(set gypsum)生产成型石膏制品的添加剂(改善抗下垂性)组成。所述添加剂包括或包含上述物质，具体地说，硼酸和/或硼酸的盐、酒石酸和/或酒石酸的盐，以及水泥。
本发明额外涉及一种用于制备成型石膏制品(尤其是石膏板)的方法，包括步骤：将煅烧石膏与水和添加剂混合，形成成型石膏制品和任选地干燥成型石膏制品以从凝固的石膏中制备成型石膏制品(抗下垂性改善)。所述添加剂包含上述组分，具体地说，硼酸和/或硼酸的盐、酒石酸和/或酒石酸的盐，以及水泥。
以下将基于示例性实施例更详细地解释本发明。
使用改善灰泥板的抗下垂性的不同组成的添加剂进行输送线测试。所述生产的灰泥板由发泡石膏芯组成，其被纸板网包裹。根据常规方法生产所述板，即，首先由β-半水合物、水、相应的添加剂和其他添加剂，特别是促进剂(accelerator)和发泡表面活性剂溶液来生产石膏浆料。由于酒石酸和硼酸都有延迟所述石膏浆料凝结速率的效果，促进剂的添加量设定为对于不同的浆料获得大致恒定的凝结时间。细粒(即粉状)硫酸钾二水合物用作促进剂。在本发明的范围内，促进剂的选择并不重要，因此也可以使用本领域技术人员熟悉的其它促进剂。
除了所述石膏芯，在纸板网的可见侧的背面额外应用薄的压缩石膏层。如上所述生产的一些浆料通过预压缩机泵输送，在此过程中泡沫以受控方式被破坏。后侧纸板网直接施加在核心层的浆料上。所述薄石膏层和所述核心层具有相同的组分以及不同的密度。
为了确定所生产的石膏板(plasterboard)的下垂度，从石膏板上的板的预定点(见图1)切下10厘米×67厘米的样品。每个受检测的板取三个纵向样品(RL＝右纵向、ML＝中纵向和LL＝左纵向)和三个横向样品(RQ＝右横向、MQ＝中横向和LQ＝左横向)。纵向样品由受检测的板上切下，这样使得它们的纵向延伸是板的生产方向。横向样品由受检测的板上切下，这样使得它们的纵向延伸垂直于板的生产方向。每一例从板的中间(例如，与板的两个纵向边缘距离相等)取出一个样品(ML、MQ)，即，每一例分别从更靠近左侧或右侧边缘的板的区域中取一个样品(LL、LQ和RL、RQ)。
然后将如此移除的样品干燥，以纵向边缘直立于干燥箱中直至达到恒重，并且通过位于样品中间的精确深度测量仪确定用于下垂度测定的零值(起始下垂度)。
在20+/-1℃及相对湿度90+/-1％的气候室中储存样品7天，在边缘处支撑(支架之间的距离：60cm)。之后以前述方式再次确定所述下垂度，且通过减去所述起始下垂度确定绝对值。在每一例中，计算每块板的三个纵向样品的值和三个横向样品的值的平均值。
在第一次测试中，仅包含STMP作为添加剂的石膏板(STMP标准，L1)的下垂度与包含STMP、硼酸和水泥混合物的石膏板(内部标准，L0)的进行比较，因为这种混合物通常用于测试所用的输送线。发现，内部标准板(相对于所用的煅烧石膏的量，由0.022重量％的STMP、0.05重量％的硼酸和0.1重量％的水泥形成的添加剂混合物)的下垂度比STMP标准的下垂度略差，但仍在STMP标准(0.022重量％的STMP)的板下垂度的误差范围内，因此可以类似于STMP标准使用内部标准。
此外，测试不含用于提升抗下垂性添加剂的板(没有添加剂，L2)用于比较。所述不含添加剂的板显示了其下垂值比使用了STMP标准或内部标准的下垂度高出5倍。测试结果在表.1中总结。
表.1
表2显示了含各种已知添加剂(单独地及双元组合)的板的下垂度测试结果。这里，将0.022重量％的酒石酸(L3)、或0.022重量％酒石酸和0.1重量％水泥(L4)、或0.05重量％硼酸和0.1重量％水泥(L5)用作添加剂。
结果显示这些组合无一达到STMP或内部标准的结果。特别是，硼酸和水泥的组合在存储在所述气候室中后，没有提供所述板样品的下垂度的可接受值。
表.2
可以从表.3中找到如本发明的硼酸、酒石酸和水泥的组合以及这些组合的具体下垂度。由于，与上述测试相比，该测试在不同的日子进行，所以再次测量具有标准添加剂的所述板。
在试验L10至L12中，酒石酸的量改变且硼酸和水泥的量而不变。在所有3次测试中，每一例相对于根据所用的煅烧石膏量，含0.05重量％硼酸和0.1重量％水泥。酒石酸的量在0.011到0.033重量％之间变化。纵向及横向的下垂度在有0.022重量％的酒石酸(L11)时最低。这些样品显示了从一系列测试中测得的最低下垂度。
在测试L14和L15中，酒石酸的含量(0.022重量％)和水泥的含量(0.1重量％)保持不变。硼酸的含量在L14中为0.025重量％且在L15中为0.075重量％。在这系列的测试中，样品L11也适于这系列的测试样品，并含有与L14及L15相同的酒石酸和水泥含量，但硼酸为0.05重量％。样品L15提供了含有不同水平硼酸的样品(在纵向及横向上)的最低下垂度。
在样品L16中，所述水泥含量由0.1重量％(样品L11)增加到0.2重量％，在样品L17中，所述水泥含量上升至0.3重量％，然而酒石酸和硼酸的含量保持与样品L11中一样高。L11、L16和L17的所有样品具有相似的、低下垂度。在纵向及横向中最佳的下垂度由样品L17提供。
除了本发明的添加剂的三元组合，还测试了另外的双元组合。就水泥及酒石酸含量而言，样品L13对应于样品L12；然而省略了0.05重量％的硼酸。在气候室中处理后，样品L13的所测得的下垂度相比具有相似组分的样品L12要差很多。其下垂度比L12测得的下垂度大超过1.5倍。
在测试L19中，使用了0.022重量％的酒石酸及0.05重量％硼酸的混合物。如果将该混合物与内部标准(L18)比较，可以看出，L19中样品的下垂度平均略大于标准。然而，也应当注意到，这些下垂度比L17的样品(另外包含0.3重量％的水泥)的下垂度差得多。
表.3
表4显示了单个添加剂组分被替代品(即，L-酒石酸、硼酸盐和酒石酸盐)替换的试验。
再次，使用0.022重量％的STMP、0.05重量％的硼酸和0.1重量％的水泥的混合物作为内标(L24)。在所有其他样品(L21到L23)中，改变添加剂的组分。
在L21中，使用0.022重量％的L-酒石酸替换STMP。硼酸的量(0.05重量％)和水泥的量(0.1重量％)对应于所述内部标准。
在L22中，使用0.022重量％的D/L-酒石酸替代STMP，然而，硼酸和水泥的量相当于内部标准(即，0.05重量％的硼酸和0.1重量％的水泥)。
在L23中，再次使用0.022重量％的D/L-酒石酸。另外，硼酸盐的量，特别是硼酸戊钠(pentasodium borate)，使用0.05重量％的硼酸当量替代硼酸。
结果显示，用L-酒石酸(L21)或D/L-酒石酸(L22)替换STMP是可能的，不会损失质量，以及具有这些组分的下垂度测试中甚至能获得比损失内部标准更好的结果。
用硼酸戊钠替换硼酸同样有可能，但相比内部标准或者L22，在下垂度测试中提供了略差的结果。L22与L23的不同仅在于使用了硼酸替代L23中使用的硼酸盐。
表.5中，酒石酸盐(一种酒石酸的盐)替代了STMP并进行了测试。内部标准(L25)含有0.022重量％的STMP、0.05重量％的硼酸，和0.1重量％水泥。在样品L26中，STMP被等量的D/L-酒石酸替换。在样品L27中，STMP被等量的酒石酸钠/钾替换。
结果显示，在下垂度测试中，具有与硼酸和水泥组合的酒石酸盐的样品(L27)相比与具有内部标准的样品(L25)甚至获得了略低的下垂度。
然而，最低的下垂度值由样品L26获得，其含D/L-酒石酸而不是STMP(L25)。硼酸和水泥的含量在2个样品中都相同。
表.4
表.5
Claims (8)
1.一种用于生产成型石膏制品的添加剂，包含硼酸和/或硼酸的盐、酒石酸和/或酒石酸的盐，以及水泥。
2.如权利要求1所述的添加剂，其特征在于，相对于煅烧石膏的量，所述硼酸和/或硼酸的盐的含量是0.01到0.15重量％；优选地，0.01到0.1重量％。
3.如前述权利要求中任一项所述的添加剂，其特征在于，所述酒石酸是酒石酸外消旋体。
4.如前述权利要求中任一项所述的添加剂，其特征在于，相对于煅烧石膏的量，包含0.001到0.1重量％的所述酒石酸和/或酒石酸的盐；优选地，0.005到0.03重量％。
5.如前述权利要求中任一项所述的添加剂，其特征在于，所述水泥是硅酸盐水泥。
6.如前述权利要求中任一项所述的添加剂，其特征在于，相对于煅烧石膏的量，所述水泥的含量为0.05到0.5重量％；优选地，0.08到0.25重量％。
7.一种成型石膏制品，特别是石膏板，至少由煅烧石膏、水、和添加剂形成的浆料制成，其中，所述添加剂包含硼酸和/或硼酸的盐、酒石酸和/或酒石酸的盐，以及水泥。
8.一种生产成型石膏制品，特别是石膏板的方法，包括步骤：将水和添加剂与煅烧石膏混合，其中，所述添加剂包含硼酸和/或硼酸的盐、酒石酸和/或酒石酸的盐以及水泥，形成成型石膏制品以及任选地干燥所述成型石膏制品。
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