CN108883990A

CN108883990A - 用于制备石膏板的方法

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Publication number: CN108883990A
Application number: CN201780017513.5A
Authority: CN
Inventors: Y.迪翁; K.许达; C.德马蒂厄-勒尔特根; M.舍纳尔
Original assignee: Saint Gobain Placo SAS
Current assignee: Saint Gobain Placo SAS
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2018-11-23
Anticipated expiration: 2037-03-13
Also published as: PL3429977T3; AR107859A1; CA3015035A1; US10335764B2; HUE048810T2; CO2018009696A2; BR112018068235B1; EA201892061A1; EP3429977B1; EA034391B1; WO2017158270A1; IL261260A; CA3015035C; ZA201805206B; AU2017235700A1; CU20180106A7; CN108883990B; MX2018011036A; CL2018002579A1; BR112018068235A2

Abstract

本发明涉及一种用于制备包含板主体和辊涂覆层的石膏板的方法，其中粉末状活性炭被引入到用于形成辊涂覆层的混合批料中和用于形成该板主体的混合批料不包含活性炭。

Description

用于制备石膏板的方法

本发明涉及一种用于制备石膏板，更确切地，含有活性炭的石膏板的方法。本发明还涉及含有活性炭的石膏板，以及涉及其用于降低在建筑物中挥发性有机化合物含量的用途。

挥发性有机化合物(COV)是在空气中以气态存在的基于碳和氢的化学物质。2010年11月24日的欧盟指令No.2010/75将它们定义为在293.15K的温度下具有0.01kPa或更高的蒸气压或在特定使用条件下具有相应挥发性的任何有机化合物。它们包括各种性质的化学物质，如烷烃，烯烃，如萜烯，炔烃，醇类，醛类，如甲醛，乙醛和庚醛，酮类，醚类，如乙二醇醚类，芳烃类，如苯和甲苯，或卤代烃，如四氯乙烯和二氯苯。COV存在于大多数油漆，建筑材料，溶剂，清洁剂和燃料中，也存在于用于家具或电器的树脂，清漆或粘合剂中，或者也存在于香烟烟雾中。这些COV存在于建筑物的环境空气中，即使它们的含量低，它们也可长期困扰接触它们的人，甚至可能影响他们的健康。特别是，一些COV会引起过敏反应，呼吸系统问题，恶心或头痛。

近年来，由于更严格的规定，由上述材料排放的COV的比例大大降低。然而，具有很少或没有COV排放的替代材料通常具有更高的成本和更低的性能水平。

在努力控制COV排放的同时，因此提出了允许减少在环境空气中COV含量的不同方法。因此，已经提出在建筑材料中加入吸附剂，例如活性炭。

石膏板是在两个通常由纸板制成的饰面片材之间包括石膏层的板。在工业上，石膏板的制备方法包括三个主要步骤：成形，凝固和干燥。在使石膏板成形的步骤期间，在混合器中使用石膏、水和其它用于调节混合批料和/或最终产品的性质的特定成分连续制备混合批料。特别地已知的是直接添加发泡剂或泡沫以降低石膏板的密度。随后将混合批料连续地倾倒在由朝向用于形成板的挤出机的传送带运送的第一饰面片材上。在第一饰面片材的边缘折叠后，在挤出机位置引入第二饰面片材。挤出机使第二饰面片材在混合批料上平贴，使表面平滑并将石膏板的厚度减小到所希望值。为了改善石膏板的机械性能，还已知在一个面上并且任选地在石膏板的边缘上形成更致密的石膏层。为此，在倾倒主混合批料的上游，在第一饰面片材上浇注更致密的第一混合批料层(称为辊涂覆层)并且成形，其这时形成第二层(其称为石膏板的主体)。

活性炭极难以在工业规模上使用，特别地由于其高比表面积和疏水性。而且，与在石膏板中掺入活性炭有关的可加工性问题因此对所得石膏板的性能和质量具有不可忽略的影响。特别地，申请人已经令人惊讶地注意到，活性炭，特别是粉末状活性炭干扰了发泡剂的作用，这会不期望地增加石膏板的密度。此外，活性炭不均匀地分散在混合批料中，这可引起控制引入的活性炭的量的问题并影响该板在COV吸附方面的有效性。本发明提供了一种制备石膏板的方法，该方法允许克服至少一个在工业规模上由于加入活性炭所带来的困难。

因此，本发明的一个方面涉及一种用于制备包含板主体和辊涂覆层的石膏板的方法，其中将粉末状活性炭引入到用于形成辊涂覆层的混合批料中，并且用于形成板主体的混合批料不包括活性炭。这是因为用于形成板主体的混合批料具有泡沫状外观，以减少石膏板的重量。将活性炭引入这种混合批料中会具有破坏该泡沫的作用。辊涂覆层本身的密度大于板主体的密度。因此，在用于形成辊涂覆层的混合批料中存在泡沫不是所希望的。因此，将活性炭引入用于形成辊涂覆层的混合批料中不会导致石膏板重量的不希望的增加。相反，活性炭的消泡效果可以有利地用于去除可能存在于用于辊涂覆层的混合批料中的泡沫。

因此，本发明涉及一种用于制备包含活性炭的石膏板的方法，所述方法包括：

-制备不含活性炭的主混合批料；

-制备包含粉末状活性炭的第二混合批料；

-提供第一饰面片材；

-将第二混合批料倾倒在第一饰面片材上，所述第二混合批料形成第一石膏层；

-将主混合批料倾倒在第一层上，所述主混合批料形成第二石膏层；

-在所述第一和第二层上方提供第二饰面片材；和

-使石膏板成形；

其中第一层的密度大于第一层。由于第一层比第二层更致密，理解的是，第二混合批料也具有比主混合批料更高的密度。换句话说，第二混合批料具有比主混合批料更少的泡沫性质。为此，主混合批料包含发泡剂。通常发泡剂以由水和发泡剂获得的泡沫的形式被引入主混合批料中。主混合批料通常包含2至10份由水和发泡剂的混合物得到的泡沫。相对于主混合批料，第二混合批料的密度通常高至少5％，优选高至多40％，例如相对于主混合批料高15％至25％。主混合批料典型具有为0.6-1.5，优选0.8-1.3的密度。第二混合批料典型具有为1.0至2.3的密度，优选1.3至2.0的密度。

在本发明意义上，术语“石膏”通常表示凝固石膏，即二水合硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)，和未凝固的石膏，即硫酸钙半水合物(CaSO₄)·½H₂O)。表述“石膏板”表示例如由凝固石膏形成的成品，但也表示在其中该板未完全凝固的制备过程中的石膏板。然而，在某些情况下，术语“石膏”将在严格的含义内进行理解，即表示硫酸钙半水合物。这显而易见的是，例如，当使用术语“石膏”时，是指用于制备混合批料的起始材料。同样地，当提及相对于石膏干重的量时，后者被认为是其硫酸钙半水合物形式。

石膏板的厚度通常为6至25mm，优选10至15mm。第一石膏层是辊涂覆层。第二石膏层形成石膏板的主体。在本发明的意义内，“辊涂覆层”表示具有小的厚度的石膏层，其具有大于形成石膏板主体的层的密度。在本发明意义上，石膏板的“主体”表示这样的石膏层，其厚度至少等于石膏板厚度的一半。第一石膏层典型地具有小于4mm，例如为0.1至4mm，优选为0.8至3mm的厚度。第二石膏层的厚度典型地为6至25mm，优选为10至15mm。第一石膏层的密度通常相对于第二层高至少5％，并优选高至多40％，例如相对于第二层高15至25％。第一层的密度典型为0.8至1.5，优选为1.0至1.2。第二层典型地具有0.4至1.5，优选0.6至1.0的密度。在本发明中，主体的密度按传统方式进行定义，即被定义为所述主体的体积质量与水的体积质量(等于1000kg/m³)之比。

根据本发明的活性炭优选是粉末状活性炭。这是因为，在相同的比表面积时，当粉末状碳被引入石膏板中时，其具有比粒状活性炭更大的COV吸收效率。此外，尽管粒状活性炭具有比粉末状活性炭更低的消泡效果，并且允许获得具有令人满意的密度的石膏板，但是将粒状活性炭引入板主体中不是有利的。这是因为申请人已经令人惊讶注意到，当活性炭以粉末形式被引入到辊涂覆层中时，可以显著降低在石膏板中活性炭的含量，同时显著改善该板吸收COV的效率。在本发明中，当提到混合批料或层不含活性炭时，这表述混合批料或层不包含活性炭，无论其形式如何，特别是粉末状或粒状活性炭。因此，根据本发明的粉末状活性炭通常具有1至100μm，优选10至50μm的平均粒度。平均粒度使用空气喷射筛根据标准ASTM-D-5158-93“Standard Test Method for Determination of the Particle Size of Powdered Activated Carbon by Air Jet Sieving”进行测量。它典型地具有至少100m²/g，优选至少250m²/g，更优选至少500m²/g和至多1500m²/g，甚至2000m²/g，甚至2500m²/g的比表面积。比表面积根据标准ISO 9277：2010，通过使用BET方法用氮气进行测量。

第二混合批料典型地包含0.1至10重量％，优选0.5至3重量％的粉末状活性炭。第二混合批料优选包含仅呈粉末形式的活性炭。特别地，第二混合批料优选不含粒状活性炭。在一个特定实施方案中，第二混合批料的制备优选包括制备粉末状活性炭与在水中的流化剂的预混物，并将所述预混物加入该混合批料中。这是因为申请人注意到粉末状活性炭与流化剂的预混物使得可以获得足够稳定的悬浮液，这允许适当地计量活性炭，特别是在连续工业方法中，以及使其更均匀分布在所获得的混合批料中，并因此更均匀分布在所制备的石膏板中。预混物通常包含1至25重量％，优选5至15重量％的粉末状活性炭。它通常包含至少0.01％，优选0.05至5％，更优选0.1至3％重量的流化剂。流化剂尤其可选自聚羧酸盐(酯)，特别是聚羧酸盐(酯)醚，磺化聚萘(萘和甲醛的磺化缩聚物的盐)，木质素磺酸盐，磺化三聚氰胺树脂(三聚氰胺和甲醛的磺化缩聚物的盐)和通常用于制备石膏板的聚丙烯酸盐(酯)。作为流化剂的实例，可以提及由BASF以名称GLENIUM®出售的那些，由Bozzetto以名称FLUBE®出售的那些，由Chryso以名称Chrysofluid®出售的那些，由Sika以名称Viscocrete®出售的那些，由BASF以名称Melment®出售的那些或由Mapei以名称Mapefluid®出售的那些。流化剂优选地选自磺化聚萘和磺化三聚氰胺-甲醛树脂，更优选地选自磺化聚萘。

主混合批料典型地包含，对于100重量份的石膏：

-50至200份水；

-由2至10份由水和发泡剂的混合物得到的泡沫，发泡剂为例如烷基硫酸盐，任选地与烷基醚硫酸盐混合；和

-0.1至1份促凝剂，例如硫酸钙水合物或硫酸钾。

它可以包括允许调节混合批料的性质的加工添加剂以及允许改变最终石膏板的性质的其它功能剂。本领域技术人员公知的加工添加剂尤其可以是粘合剂，缓凝剂，促凝剂，流化剂或增稠剂。本领域技术人员还熟知的功能剂可以是杀生物剂，防水剂，阻燃剂或增强剂。举例来说，主混合批料可包含一种或多种以下组分：

-0.1至15份粘合剂，例如聚(乙酸乙烯酯)，聚(乙烯醇)，淀粉，特别是用酸预处理的或预胶凝化的淀粉，糊精或植物粉，特别是小麦粉或玉米粉；

-0.001至10份杀生物剂，例如氨基甲酸酯，例如3-碘丙-2-炔-1-基丁基氨基甲酸酯，或pyrothione络合物；

-0.1至10份至少一种防水剂，例如硅氧烷，聚硅氧烷或蜡；

-0.1至20份至少一种阻燃剂，例如蛭石，二氧化硅，特别是微米尺寸的二氧化硅，或粘土；和/或

-0.1至20份的至少一种增强剂，例如聚合物纤维，矿物纤维，特别是玻璃纤维或植物纤维。

如上所述，第二混合批料的组成为如上对于主混合批料所述，不同之处在于它不含泡沫并且它包含粉末状活性炭，如上所述。主混合批料和第二混合批料可以独立进行制备。在这种情况下，在制备过程中没有向第二混合批料中添加泡沫。然而，第二混合批料优选由主混合批料获得。在这种情况下，取出一部分主混合批料并且必须使泡沫破碎以制备第二混合批料。这是因为第二混合批料必须具有比主混合批料更少的泡沫性质，优选是非泡沫性质，以允许形成比该板主体更致密的辊涂覆层。为了破碎在主混合批料中存在的泡沫，通常需要向其中添加消泡剂。然而，根据本发明的方法使得可以受益于粉末状活性炭的消泡性能，同时减少所需的消泡剂的量，甚至在取出以制备第二混合批料的主混合批料部分中不添加除粉末状活性炭之外的任何消泡剂的情况下也是如此。在一个具体实施方案中，根据本发明的方法因此包括：

-制备不含活性炭的主混合批料；

-取出一部分主混合批料；

-向主混合批料的取出部分中加入粉末状活性炭，以获得第二混合批料；

-提供第一饰面片材；

-在第一层上倾倒主混合批料，所述主混合批料形成第二石膏层；

-在所述第一和第二层上提供第二饰面片材；和

-使石膏板成形；

其中第一层的密度高于第一层的密度。优选地，除了粉末状活性炭之外，不向主混合批料的取出部分(用于获得第二混合批料)中添加消泡剂。

图1示意性地示出了允许实施根据本发明的方法的工业生产线的实例。在主混合器4中连续制备主混合批料。在主混合器4中取出一部分主混合批料并通过管道送至第二混合器2并与粉末状活性炭混合以获得第二混合批料。通常形成石膏板正面的第一饰面片材1(在安装该板时可见的面)由传送带运送。将第二混合批料从第二混合器2连续地倾倒在第一饰面片材1上，并通过一组辊3形成第一均匀层。该第一层将产生辊涂覆层。在允许使第一层充分凝固的预定距离处，将主混合批料从主混合器4倾倒在第一层上。在主挤出机6位置将第二饰面片材5引入到主混合批料上方。通过主挤出机6挤出具有所需厚度的石膏带，主挤出机6分布主混合批料以形成将产生该板主体的层。在将石膏带运输一段适当的时间(以使石膏充分凝固)之后，通过旋转刀7将石膏带切割成所需的尺寸。随后通常将板翻转以防止损坏该板的正面并被运输到一系列分级干燥器8(une série de séchoirs à étage 8)以在进行包装和被输送到储存区9之前完成石膏的凝固并除去多余的水。

本发明还涉及一种石膏板，其包含通过如上定义的方法获得的粉末状活性炭。更确切地，本发明涉及一种包括第一石膏层和第二石膏层的石膏板，其特征在于，第一层比第二层更致密；第一层包含粉末状活性炭；第二层不含有活性炭。相对于石膏的干重，根据本发明的石膏板典型地包含0.01至2％，优选0.05至1％重量的活性炭。特别地，相对于石膏的干重，第一层典型地包含0.2至10％，优选1至5％干重的粉末状活性炭。第一层优选包含仅呈粉末形式的活性炭。特别地，它优选不含粒状活性炭。第一层和第二层的厚度和密度优选如上所述。

本发明还涉及如上所述的石膏板用于减少在建筑物内的空气中COV含量的用途。COV优选地选自甲醛，己醛，苯，甲苯，四氯乙烯，1,2-二氯苯和十一烷。

本发明借助于以下非限制性实施例进行说明。

实施例1

由仅仅一个厚度为12.5mm的主体层形成的参照板P0由包含100重量份的石膏(CaSO4·1/2H₂O)，75份水，4份泡沫(从含1重量％的十二烷基硫酸钠的水获得)，5份淀粉，3份流化剂和0.5份促凝剂的主混合批料进行制备。将不同的成分称重并使用混合器和反絮凝类型的桨叶以1600转/分钟混合1分钟，以获得均匀的糊状物。制备具有所需密度的泡沫，并在搅拌器中以250转/分钟使用桨叶进行混合，以获得主混合批料。在尺寸为20×25cm且厚度为12.5mm的模具中设置第一纸板片材。将主混合批料倾倒在第一个纸板上，并在模具的厚度进行平整。将第二纸板片材放置在主混合批料上，并封闭模具以保持对板的压力。在板硬化后，将板脱模并在40℃的干燥烘箱中干燥24小时。

由仅一个厚度为12.5mm的主体层形成的板P1以与板P0相同的方式进行制备，但不同在于主混合批料包含2.8％重量的以商标号Envirocarb® 207C销售的具有为1100m²/g的比表面积，约为2.4mm的平均颗粒尺寸的粒状活性炭(CAG)。在板P1中活性炭的量约为210克/平方米。

由仅一个厚度为12.5mm的主体层形成的板P2以与板P1相同的方式进行制备，但不同在于使用的活性炭是以商标号Pulsorb® 208CP销售的并具有为1200m²/g的比表面积，约为30μm的平均颗粒尺寸的粉末状活性炭(CAP)。在板P2中活性炭的量为约210克/平方米。

由11.5mm的主体层和1mm厚的辊涂覆层形成的板P3使用与板P0相同的用于主体层的主混合批料和用于辊涂覆层的第二混合批料进行制备。第二混合批料通过将35重量％的Pulsorb® 208CP粉末状活性炭(CAP)加入与主混合批料相同的混合批料中来制备。在尺寸为20×25cm且厚度为12.5mm的模具中放置第一纸板片材。将第二混合批料倾倒在第一个纸板上，并以约1mm的厚度进行平整。当第二混合批料充分凝固时，将主混合批料倾倒在第二混合批料上，并在模具的厚度上进行平整。将第二纸板片材放置在主混合批料上，并封闭模具以保持对板的压力。在该板硬化后，将该板脱模并在40℃的干燥烘箱中干燥24小时。在板中活性炭的量为约210克/平方米。

板P0至P3的密度列于下表中。在其中将活性炭已引入到板主体中的板P1和P2具有比参照板P0更高的密度。料想的是，活性炭阻碍发泡剂的作用，其具有破坏泡沫和提高石膏板密度的作用。这种作用对于包含粉末状活性炭的板P2是特别明显的。相反，板P3具有与参照板P0相当的密度。

表1

	P0	P1	P2	P3
					密度	0.72	0.76	1	0.72

为了避免石膏板的密度的不希望的提高，活性炭因此在板的主体中必须以颗粒形式或在辊涂覆层中以粉末形式进行使用。

实施例2

由仅一个厚度为12.5mm的包含粒状活性炭(CAG)的主体层形成的板A以与板P1相同的方式进行制备，但不同之处在于混合批料包含1重量％的活性炭而不是2.8％。在该板中活性炭的量为约76克/平方米。

由11.5mm的主体层和包含粉末状活性炭(CAP)的厚度1mm的辊涂覆层形成的板B以与板P3相同的方式进行制备，不同之处在于第二混合批料包含1％的活性炭而不是35％。在板中活性炭的量约为6克/平方米。

随后根据标准ISO1600-24：2009在试验期间在23℃±2℃的温度和50％±5％的相对湿度下评估每个板捕获COV的能力。板的负载因子被设定为1m²/m³，空气的更新速率为0.5vol.h^-1，苯浓度设定为5μg.m^-3，甲苯浓度设定为36μg.m^-3，庚醛浓度设定为19μg.m^-3，四氯乙烯浓度设定为6μg.m^-3，二氯苯浓度设定为5.5μg.m^-3和十一烷浓度设定为18μg.m^-3。表2中显示了对于每种板所考虑的COV含量的减少百分比。

表2

	A	B
			在板中活性炭的类型和量	CAG 76g/m²(在主体中)	CAP 6g/m²(在辊涂覆层中)
苯	50	85
			甲苯	34	65
庚醛	54	64
			四氯乙烯	45	76
二氯苯	50	74
			十一烷	40	69

在恒定的比表面积时，尽管在板A中的活性炭量高得多，但板B在捕获COV方面更有效。除了防止板的密度的不期望的提高(参见实施例1)之外，将粉末状活性炭引入到辊涂覆层使得可以增大COV的捕集效率，同时与在板主体中使用粒状活性炭相比，显著减少所需活化碳的量。

实施例3

已经使用不同的表面活性剂(对比例C1至C5)以及使用用于制备石膏板的流化剂(根据本发明的实施例I1至I3)进行了水悬浮液中活性炭稳定化的测试。FL1和FL2是磺化聚萘型流化剂，FL3是磺化三聚氰胺树脂型流化剂。使用电动搅拌器型混合器以700转/分钟制备预混物。

通过目测评价了悬浮液的稳定性：将预混物置于透明容器中并以规则的时间间隔用肉眼观察。通过记录柱的高度(澄清的上清液)来测量悬浮液的稳定性。表3中总结的结果以水柱(澄清上清液)高度相对于悬浮液总高度的百分比进行表示。

表3

^(a)由Stepan销售的Stepanol EHS

^(b)由SPI销售的Triton-X 100

^(c)正十二烷基-β-D-麦芽糖苷

^(d)3-[(3-胆酰氨基丙基)二甲基氨基]丙磺酸盐。

流化剂允许比传统表面活性剂更有效地稳定粉末状活性炭。因此，在含水悬浮液中的粉末状活性炭与流化剂的预混物的制备使得可以更好地控制添加的活性炭的量，特别是在连续工业方法中。这也允许活性炭在辊涂覆层中更均匀的分布，并因此允许更好的石膏板对COV捕获效率和更好的在石膏板之间的一致性。最后，使用已经用于制备混合批料的流化剂具有避免使用可能改变混合批料的性质和/或破坏制备过程的其他助剂的优点。

Claims

1.一种制备包含活性炭的石膏板的方法，所述方法包括：

-制备包含发泡剂且不含活性炭的主混合批料；

-制备包含粉末状活性炭的第二混合批料；

-提供第一饰面片材；

-在所述第一和第二层上提供第二饰面片材；和

-使石膏板成形；

其中第二混合批料具有比主混合批料更高的密度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二层的厚度至少等于石膏板厚度的一半。

3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，第一层的厚度小于4mm，第二层的厚度为6-25mm。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二混合批料具有比主混合批料高至少5％的密度。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述主混合批料具有为0.8至1.3的密度，和所述第二混合批料具有为1.3至2.0的密度。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，主混合批料包含，对于100重量份的石膏：

-50至200份水；

-2至10份由水和发泡剂的混合物得到的泡沫；和

-0.1至1份促凝剂。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，粉末状活性炭具有为100-2500m²/g的比表面积，为1-100μm的平均颗粒尺寸。

8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二混合批料从主混合批料获得。

9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二混合批料包含0.1至10重量％的粉末状活性炭。

10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二混合批料的制备包括制备粉末状活性炭与在水中的流化剂的预混物，并将所述预混物加入所述混合批料中。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于预混物包含1至25重量％的粉末状活性炭。

12.如权利要求9或11中任一项所述的方法，其特征在于预混物包含至少0.01重量％的流化剂。

13.如权利要求9-12中任一项所述的方法，其特征在于流化剂选自聚羧酸酯(盐)，磺化聚萘，木质素磺酸盐，磺化三聚氰胺树脂和聚丙烯酸酯(盐)。

14.如权利要求1-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二混合批料不含消泡剂。

15.通过如权利要求1-14中任一项所定义的方法获得的石膏板。

16.如在权利要求12所定义的石膏板用于减少在建筑物内的空气中挥发性有机化合物的量的用途。