CN109328183A - 用于添加到胶结浆料中的用于在线共混发泡剂与泡沫改性剂的方法和系统 - Google Patents

用于添加到胶结浆料中的用于在线共混发泡剂与泡沫改性剂的方法和系统 Download PDF

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Abstract

公开一种用于在线共混泡沫改性剂与发泡剂的方法和系统，例如如可能对石膏或水泥浆料特别有用。所述泡沫改性剂包含添加到石膏或水泥浆料中的脂肪醇，所述石膏或水泥浆料包括发泡剂，如烷基硫酸盐表面活性剂。在一些实施例中，所述脂肪醇可以是C6‑C16脂肪醇。这类泡沫改性剂的使用可以用于例如稳定泡沫，减少发泡剂的浪费，改进最终产品中的空隙尺寸控制，以及改进石膏板制造过程。

Description

用于添加到胶结浆料中的用于在线共混发泡剂与泡沫改性剂 的方法和系统
相关申请的交叉参考
本专利申请要求于2017年2月22日提交的美国专利申请第15/431,444号的权益，所述申请是均于2016年6月17日提交的美国专利申请15/186,320和15/186,336的部分继续申请，并且要求于2015年10月1日提交的美国临时专利申请第62/235,979号的权益，所有这些先前申请都以引用的方式并入本文中。
背景技术
凝固石膏(即二水合硫酸钙)是众所周知的用于许多产品的材料，所述产品包括面板和用于建筑物构造和改建的其它产品。一种这类面板(通常称为石膏板)呈夹在两个覆盖片(例如纸面板)之间的凝固石膏芯的形式，并且通常用于建筑物的内墙和天花板的干作业墙体构造。通常称为“撇渣涂层(skim coat)”的一个或多个致密层可以包括在芯的任一侧上，通常在纸芯界面处。
在板的制造期间，灰泥(即呈半水合硫酸钙和/或硫酸钙硬石膏形式的煅烧石膏)、水和视需要的其它成分通常在针式混合器中混合，如所属领域中使用的术语。形成浆料并从混合器中排出到带有覆盖片的移动输送机上，所述覆盖片已经施用有撇渣涂层(如果存在的话)(通常在混合器的上游)。将浆料铺展在纸上(并且任选地在纸上包括撇渣涂层)。将具有或不具有撇渣涂层的另一个覆盖片施用到浆料上以借助于例如成形板等形成具有所需厚度的夹层结构。通过使煅烧石膏与水反应以形成结晶水合石膏(即二水合硫酸钙)基质来浇铸混合物并使其硬化形成凝固(即再水合)石膏。正是煅烧石膏的所需水合作用能够形成凝固石膏晶体的联锁基质，由此赋予含石膏结构的产品以强度。需要加热(例如在窑中)以驱除剩余的游离(即未反应的)水以产生干产品。
由于较高的安装效率，所以需要减轻板重量。举例来说，上升需求要少得多，这导致更长的工作日和引起更少的伤害。较轻重量板也更“绿色”，因为其可以引起运输支出和能源消耗降低。为了减轻板重量，可以将发泡剂引入浆料中以在最终产品中形成空气空隙。然而，就其性质而言，发泡剂一般是不稳定的以使得泡沫气泡易于破碎，特别是在存在胶结材料的情况下，从而导致浪费和低效率。
此外，在石膏板外壳中用空气代替质量块可以减轻重量，但质量块损失也会导致强度降低。补偿这种强度损失是所属领域减重努力的重大障碍。
应了解，此背景描述已由本发明人创建以辅助读者，并且不视为对先前技术的参考，也不视为所指出的问题中任一种本身在所属领域中被理解的指示。虽然在一些方面和实施例中描述的原理可以缓解在其它系统中固有的问题，但是应了解，所保护的创新的范围由所附权利要求书限定，并且不通过本公开的任何实施例解决本文中所提到的任何具体问题的能力。
发明内容
在一个方面中，本发明提供发泡剂(皂)与泡沫改性剂(皂改性剂)的“在线”共混来以允许调节发泡剂和泡沫改性剂的相对重量的方式形成共混的预混合泡沫流。举例来说，泡沫尤其用于制造发泡石膏或水泥板。使用将在干燥产品中产生空隙的泡沫以使得制备更轻的板。在线共混允许直接在石膏墙板或水泥板制造设施中调节一种或多种发泡剂和泡沫改性剂的量。这种灵活性是有利的，因为其允许调整板端产品的性质，例如关于板结构而言，包括含有由泡沫形成的空隙的板层中的空隙的尺寸和布置。
因此，制备发泡胶结板的方法包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：共混第一量的第一发泡剂、第二量的第二发泡剂和第三量的脂肪醇以形成共混料流，其中第一、第二和第三量呈第一重量比。在此步骤中，第一或第二发泡剂可以首先在预料流中与脂肪醇组合，然后添加到共混料流中，例如共混料流导管中。所述方法还包含可控制地改变第一、第二和/或第三量以形成不同于第一重量比的第二重量比。所述方法进一步包含将空气插入共混料流中以形成泡沫；混合至少水、胶结材料和泡沫以形成浆料；将浆料设置在第一覆盖片与第二覆盖片之间以形成板前体；将板前体切割成板；并且干燥板。
在另一个方面中，提供了用于形成泡沫的系统。所述系统包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：配置成无论以何种顺序将第一发泡剂、第二发泡剂和脂肪醇直接或间接地引入泡沫产生器中的流量计量系统。在一些实施例中，在添加到泡沫产生器中之前，例如在共混料流导管中，无论以何种顺序将第一发泡剂、第二发泡剂和脂肪醇组合。在一些实施例中，例如在输送到共混料流导管中之前在预导管中首先将第一发泡剂或第二发泡剂与脂肪醇混合。控制器与流量计量系统连通以选择性地改变直接或间接地引入泡沫产生器中的第一发泡剂、第二发泡剂和脂肪醇的相对量(例如经共混料流导管)。提供空气供应导管以将空气引入适于形成泡沫的泡沫产生器中。
在另一个方面中，提供了用于形成泡沫的系统。所述系统包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：包含与一个或多个阀可操作地相连以用于控制第一发泡剂、第二发泡剂和脂肪醇无论以何种顺序流入共混料流导管的流量的至少一个泵的流量计量系统。控制器与流量计量系统连通以选择性地改变引入共混料流导管中的第一发泡剂、第二发泡剂和脂肪醇的相对量。泡沫产生器与共混料流导管流体连通，并且空气供应导管将空气引入泡沫产生器中，从而可以制备泡沫。
在另一个方面中，提供了用于形成泡沫的系统。所述系统包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：用于将第一发泡剂从第一供应导管经第一阀引入共混料流导管中的第一泵。第二泵用于将第二发泡剂从第二供应导管经第二阀引入共混料流导管中。第三泵用于将脂肪醇从第三供应导管经第三阀引入共混料流导管中。控制器与第一、第二和第三阀和/或第一、第二和第三泵中的一个或多个(例如所有)连通以选择性地改变引入共混料流导管中的第一发泡剂、第二发泡剂和脂肪醇的相对量。含有搅动构件的泡沫产生器与共混料流导管连通。空气供应导管将空气引入泡沫产生器中。因此，当搅动共混料流的内容物并与泡沫产生器中的空气组合时，形成泡沫。然后可以将泡沫输送到胶结浆料中，例如输送到连续形成胶结浆料的混合器中，从而用于制备板，如石膏墙板或水泥板。
在另一个方面中，本公开提供了包含以下、由以下组成或基本上由以下组成的石膏板：设置在两个覆盖片之间的凝固石膏芯。凝固石膏芯包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：由至少水、灰泥和泡沫形成的石膏晶体基质。泡沫由发泡剂和包含脂肪醇的泡沫稳定剂形成。优选地，发泡剂包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：至少一种烷基硫酸盐、至少一种烷基醚硫酸盐或其任何组合。在一些实施例中，发泡剂基本上不包括烯烃和/或炔烃发泡剂。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，据信脂肪醇与发泡剂相互作用以稳定泡沫并允许更好地控制在最终产品中形成的空气空隙。在一些实施例中，泡沫稳定剂包含脂肪醇，但基本上不包括脂肪酸烷基酰胺和/或羧酸牛磺酸盐。在一些实施例中，与在无脂肪醇情况下制备的相同板相比，所述板展现出增强的强度。
在另一个方面中，本公开提供了制备胶结(例如石膏或水泥)板的方法。泡沫通常是预生成的。因此，所述方法包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：通过将空气插入发泡剂与包含脂肪醇的泡沫稳定剂的含水混合物中以预生成泡沫。发泡剂优选包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：至少一种烷基硫酸盐、至少一种烷基醚硫酸盐或其任何组合。可以共混稳定和不稳定的发泡剂。在一些实施例中，发泡剂基本上不包括烯烃和/或炔烃发泡剂。将泡沫引入(例如注入)浆料中。
所述方法包括混合至少水、灰泥和泡沫以形成胶结浆料；将浆料设置在第一覆盖片与第二覆盖片之间以形成板前体；将板前体切割成板；并且干燥板。在优选实施例中，脂肪醇可以与预混物中的发泡剂组合，并且根据需要例如在混合器中将预混物添加到灰泥、水和其它添加剂中。尽管不希望受理论束缚，但据信脂肪醇一般溶于含水发泡剂中。在一些实施例中，泡沫稳定剂包含脂肪醇，但基本上不包括二醇和/或酰胺化合物。
在另一个方面中，本公开提供了形成发泡石膏浆料的方法。所述方法包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：将发泡剂与脂肪醇组合以形成含水皂混合物；由含水皂混合物产生泡沫；并且将泡沫添加到包含灰泥和水的石膏浆料中以形成发泡石膏浆料。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，当泡沫夹带在石膏浆料中时，形成具有围绕与浆料接合的气泡的壳的泡沫气泡。进一步相信脂肪醇的存在有希望地在界面处稳定壳。
在另一个方面中，本公开提供了包含以下、由以下组成或基本上由以下组成的浆料：水、灰泥、发泡剂和脂肪醇，其中当浇铸浆料并干燥为板时，与在不具有脂肪醇情况下形成的相同板相比，所述板具有增加的强度。
在另一个方面中，本公开提供了例如用于制备胶结(例如石膏或水泥)板的稳定胶结浆料中的发泡结构的方法。在所述方法中，脂肪醇可以与发泡剂组合。在一些实施例中，将发泡剂与脂肪醇混合以形成含水皂混合物。由含水皂混合物产生泡沫。将泡沫添加到包含胶结材料(例如灰泥或水泥)和水的石膏或水泥浆料中以形成发泡胶结浆料。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，据信当泡沫夹带在胶结浆料中时，形成具有围绕与浆料接合的气泡的壳的泡沫气泡。进一步相信脂肪醇的存在有希望地在界面处稳定壳。
为了制备板，将发泡胶结浆料以结合关系施用于顶(或面)覆盖片上以形成具有第一和第二主表面的发泡胶结芯浆料。发泡胶结芯浆料的第一主表面面向顶覆盖片。底(或背)覆盖片以结合关系施用于发泡胶结芯浆料的第二主表面上以形成湿板前体总成。如果需要的话，可以在芯与一个或两个覆盖片之间施用撇渣涂层。切割板前体并干燥以形成板产品。
在另一个方面中，本公开提供了由水与水泥材料(例如波特兰(Portland)水泥、氧化铝水泥、氧化镁水泥等以及这类材料的共混物)的芯混合物形成的水泥板。混合物中还包括发泡剂和脂肪醇。任选地，在一些实施例中，混合物可以包括轻质聚集体(例如膨胀粘土、膨胀矿渣、膨胀页岩、珍珠岩、膨胀玻璃珠、聚苯乙烯珠粒等)。水泥板包含设置在两个覆盖片之间的水泥芯。水泥芯可以由至少水、水泥、发泡剂和脂肪醇形成。
在另一个方面中，本公开提供了形成发泡水泥浆料的方法。所述方法包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：将发泡剂与脂肪醇组合以形成含水皂混合物；由含水皂混合物产生泡沫；并且将泡沫添加到包含水泥(例如波特兰水泥、氧化铝水泥、氧化镁水泥等或其组合)和水的水泥浆料中以形成发泡水泥浆料。当泡沫夹带在水泥浆料中时，形成具有围绕与浆料接合的气泡的壳的泡沫气泡。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，脂肪醇的存在有希望地在界面处稳定壳。
在另一个方面中，本公开提供了包含以下、由以下组成或基本上由以下组成的浆料：水、水泥、发泡剂和脂肪醇，其中当形成浆料并干燥为板时，与在不具有脂肪醇情况下形成的相同板相比，所述板具有增加的强度。
附图说明
图1是泡沫高度(mm)(Y轴)对具有和不具有聚羧酸酯醚的不存在脂肪醇的发泡剂溶液(X-轴)的条形图，如本文实例1中所描述。
图2是泡沫高度(mm)(Y轴)对含有发泡剂1B的发泡剂溶液(X轴)的条形图，如本文实例1中所描述。
图3是泡沫高度(mm)(Y轴)对含有发泡剂1C的发泡剂溶液(X轴)的条形图，如本文实例1中所描述。
图4是泡沫高度(mm)(Y-轴)对含有发泡剂1B的发泡剂溶液的时间(X-轴)的图，如本文实例1中所描述。
图5是泡沫高度(mm)(Y-轴)对含有发泡剂1C的发泡剂溶液的时间(X-轴)的图，如本文实例1中所描述。
图6A-6C是在无任何脂肪醇情况下制备的对照墙板2A的横截面放大20倍的光学显微图像，如本文实例2中所描述。
图7A-7C是用具有1％十二烷醇的发泡剂共混物制备的墙板2B的横截面放大20倍的光学显微图像，如本文实例2中所描述。
图8A-8C是用具有1％癸醇的发泡剂共混物制备的墙板2C的横截面放大20倍的光学显微图像，如本文实例2中所描述。
图9A-9C是用具有1％辛醇的发泡剂共混物制备的墙板2D的横截面放大20倍的光学显微图像，如本文实例2中所描述。
图10是对照墙板2A中的体积分布(％)(Y轴)对空隙尺寸的条形图，如本文实例2中所描述。
图11是用经1％十二烷醇改性的发泡剂制备的墙板2B中的空隙的体积分布(％)(Y轴)对空隙尺寸(微米)(X-轴)的条形图，如本文实例2中所描述。
图12是用经1％癸醇改性的发泡剂制备的墙板2C中的体积分布(％)(Y-轴)对空隙尺寸(微米)(X-轴)的条形图，如本文实例2中所描述。
图13是用经1％辛醇改性的发泡剂制备的墙板2D中的体积分布(％)(Y-轴)对空隙尺寸(微米)(X-轴)的条形图，如本文实例2中所描述。
图14是用于制备泡沫的系统的实施例的示意图，所述系统包括稳定和不稳定的皂(发泡剂)和皂(泡沫)改性剂以使得泡沫可用于在制造板期间例如插入石膏或水泥浆料中。
具体实施方式
本公开的实施例提供了可用于胶结浆料(例如石膏或水泥浆料)和相关产品和方法的泡沫改性剂。泡沫改性剂是脂肪醇，尽管不希望受任何特定理论的束缚，但据信其有助于稳定泡沫。石膏和水泥浆料可以是具有不同类型和量的材料的复合系统。浆料内的成分对泡沫产生应力，这会导致泡沫气泡破裂，导致对空气空隙尺寸分布的控制减少。令人惊讶和出乎意料的是，本发明人已经发现，将脂肪醇与发泡剂一起包括在例如预混物中以制备泡沫可以引起泡沫稳定性的改进，由此允许更好地控制泡沫(空气)空隙尺寸和分布。通过形成这类稳固的发泡系统，在一些实施例中，受控的芯结构可以引起改进的板强度，如例如改进的钉拉阻力(nail pull resistance)(有时简称为“钉拉”)、芯硬度等中所见。在一些实施例中，与在无脂肪醇情况下形成的相同板相比，所述板具有增加的强度。芯结构的空气空隙尺寸分布可以根据需要调整，例如从而具有可以更高或更低的平均空隙直径，例如包含更大的空气空隙或更小的空气空隙，如可以预先确定的那样。
脂肪醇可以与可用于在石膏浆料中产生泡沫的任何合适的发泡剂组合物一起使用。选定合适的发泡剂以在最终产品中产生空气空隙，从而可以减轻板芯的重量。在一些实施例中，发泡剂包含稳定的皂、不稳定的皂或稳定与不稳定的皂的组合。在一些实施例中，发泡剂的一种组分是稳定的皂，并且另一种组分是稳定的皂与不稳定的皂的组合。在一些实施例中，发泡剂包含烷基硫酸盐表面活性剂。
许多商业上已知的发泡剂是可用的并且可以根据本公开的实施例使用，如来自宾夕法尼亚州安布勒(Ambler,PA)的GEO Specialty Chemicals的HYONIC系列(例如25AS)皂产品。其它市售皂包括来自伊利诺伊州诺斯菲尔德(Northfield,Illinois)的StepanCompany的Polystep B25。本文所描述的发泡剂可以单独使用或与其它发泡剂组合使用。
根据本公开的实施例的某些类型的不稳定的皂是具有不同链长和不同阳离子的烷基硫酸盐表面活性剂。合适的链长可以是例如C8-C12，例如C8-C10或C10-C12。合适的阳离子包括例如钠、铵、镁或钾。不稳定的皂的实例包括例如十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸镁、癸基硫酸钠、十二烷基硫酸铵、十二烷基硫酸钾、十二烷基硫酸钾、辛基硫酸钠、癸基硫酸镁、癸基硫酸铵、其共混物和任何其组合。
根据本公开的实施例的某些类型的稳定的皂是具有不同(一般较长)链长和不同阳离子的烷氧基化(例如乙氧基化)烷基硫酸盐表面活性剂。合适的链长可以是例如C10-C14，例如C12-C14或C10-C12。合适的阳离子包括例如钠、铵、镁或钾。稳定的皂的实例包括例如月桂醇醚硫酸钠、月桂醇醚硫酸钾、月桂醇醚硫酸镁、月桂醇醚硫酸铵、其共混物和其任何组合。在一些实施例中，可以使用来自这些列表的稳定和不稳定的皂的任何组合。
发泡剂的组合和其在制备发泡石膏产品中的添加的实例公开于美国专利5,643,510中，所述专利以引用的方式并入本文中。举例来说，可以组合形成稳定的泡沫的第一发泡剂和形成不稳定的泡沫的第二发泡剂。在一些实施例中，第一发泡剂是烷基链长为8-12个碳原子并且烷氧基(例如乙氧基)链长为1-4个单元的皂。第二发泡剂任选地是烷基链长为6-20个碳原子例如6-18个碳原子或6-16个碳原子的未烷氧基化(例如未乙氧基化)皂。调节这两种皂的各自量允许控制板泡沫结构直到达到约100％稳定的皂或约100％不稳定的皂。
在一些实施例中，发泡剂呈烷基硫酸盐和/或烷基醚硫酸盐的形式。这类发泡剂优于烯烃如烯烃硫酸盐，因为烯烃一般在分子的前面含有双键，由此使其即使在制成皂时也具有不希望的更多的反应性。因此，发泡剂优选包含烷基硫酸盐和/或烷基醚硫酸盐，但基本上不含烯烃(例如烯烃硫酸盐)和/或炔烃。基本上不含烯烃或炔烃意味着发泡剂含有(i)以灰泥的重量计0wt.％或不含有烯烃和/或炔烃，或(ii)无效量或(iii)非实质量的烯烃和/或炔烃。如所属领域的普通技术人员应了解，无效量的实例是低于阈值量的量以实现使用烯烃和/或炔烃发泡剂的预期目的。如所属领域的普通技术人员应了解，以灰泥的重量计非实质量可以例如低于约0.001wt.％，如低于约0.005wt.％、低于约0.001wt.％、低于约0.0001wt.％等。
发泡剂以任何合适的量包括在石膏浆料中。举例来说，在一些实施例中，其以灰泥的约0.01重量％到约0.25重量％的量包括在内，例如灰泥的约0.01重量％到约0.1重量％、灰泥的约0.01重量％到约0.03重量％或灰泥的约0.07重量％到约0.1重量％。
脂肪醇可以是任何合适的脂族脂肪醇。应理解，如本文通篇所定义，“脂族”是指烷基、烯基或炔基，并且可以是经取代的或未经取代的、支化的或非支化的和饱和的或不饱和的，并且就一些实施例而言，由本文所阐述的碳链例如Cx-Cy(其中x和y是整数)所指示。因此，术语脂族也指具有保存基团的疏水性的杂原子取代的链。脂肪醇可以是单一化合物或可以是两种或更多种化合物的组合。
在一些实施例中，脂肪醇是C6-C20脂肪醇，如C10-C20脂肪醇或C6-C16脂肪醇(例如C6-C14、C6-C12、C6-C10、C6-C8、C8-C16、C8-C14、C8-C12、C8-C10、C10-C16、C10-C14、C10-C12、C12-C16、C12-C14或C14-C16脂族脂肪醇等)。实例包括辛醇、癸醇、十二烷醇等或其任何组合。
C10-C20脂肪醇包含直链或支链C6-C20碳链和至少一个羟基。可以在碳链上的任何合适的位置上但优选在末端碳处或附近连接羟基。在某些实施例中，可以在碳链的α-、β-或γ-位置处连接羟基，例如C6-C20脂肪醇可以包含以下结
构亚基：因此，根据一些实施例的所需脂肪醇的实例是1-十二烷醇、1-十一烷醇、1-癸醇、1-壬醇、1-辛醇或其任何组合。
在一些实施例中，泡沫稳定剂包含脂肪醇并且基本上不含脂肪酸烷基酰胺或羧酸牛磺酸盐。在一些实施例中，泡沫稳定剂基本上不含二醇，但在一些实施例中可以包括二醇，例如从而允许更高的表面活性剂含量。基本上不含上述成分中的任一种意味着泡沫稳定剂含有(i)以这些成分中的任一种的重量计0wt.％或(ii)无效量或(iii)非实质量的这些成分中的任一种。如所属领域的普通技术人员应了解，无效量的实例是低于阈值量的量以实现使用这些成分中的任一种的预期目的。如所属领域的普通技术人员应了解，以灰泥的重量计非实质量可以例如低于约0.0001wt.％，如低于约0.00005wt.％、低于约0.00001wt.％、低于约0.000001wt.％等。
脂肪醇可以以任何合适的量存在于石膏浆料中。在一些实施例中，脂肪醇的存在量是灰泥的约0.0001重量％到约0.03重量％，例如灰泥的约0.0001重量％到约0.001重量％、灰泥的约0.0002重量％到约0.0075重量％、灰泥的约0.0001重量％到约0.003重量％或灰泥的约0.0005重量％到约0.001重量％。
在优选实施例中，为了提高效率，在添加到石膏浆料中之前将发泡剂、泡沫水和脂肪醇组合。以这种方式进行制备使脂肪醇能够直接与泡沫发生作用以提供所需的稳定效果，而不是在石膏浆料中稀释并与浆料的其它组分竞争以获得泡沫气泡。
可以将脂肪醇添加到发泡剂中并通常溶解。由于脂肪醇一般是水不溶性的，所以在一些实施例中，首先在泡沫产生之前将其添加到皂中并溶解。根据本公开的实施例，脂肪醇可以溶解于稳定或不稳定的发泡剂中。在一些实施例中，然后将具有溶解的脂肪醇的第一发泡剂与另一种发泡剂共混(例如具有溶解的脂肪醇的稳定的发泡剂与不稳定的发泡剂共混，或具有溶解的脂肪醇的不稳定的发泡剂与稳定的发泡剂共混)。
在添加到石膏浆料中之前，表面活性剂(发泡剂)与脂肪醇之间的任何有效的重量比例可以用于最终发泡剂-脂肪醇共混物中。举例来说，相对于脂肪醇而言，发泡剂可以以约5000:1到约5:1的重量比存在，例如约5000:1到约1000:1、约500:1到约100:1或约500:1到约10:1。为了说明，在一个实施例中，典型的最终发泡剂-脂肪醇混合物具有30重量％表面活性剂和1重量％脂肪醇和由水构成的混合物的剩余物。
发泡剂和脂肪醇可以通过混合(搅拌、搅动)在容器中共混。额外的发泡剂可以通过注射添加。根据优选实施例，泡沫在遇到胶结浆料之前预生成并预稳定。尽管不希望受理论束缚，但据信在脂肪醇与胶结浆料混合之前，形成经脂肪醇改性的表面活性剂薄膜。泡沫的预生成涉及加压空气与皂溶液的高剪切混合。这种发泡剂的预生成是优选的，因为其引起泡沫，这与仅在混合期间夹带一些空气而不制造泡沫的系统形成对比。这些空气夹带系统仅通过简单地共混含有一些皂的浆料来添加气泡。泡沫可以与这种混合的气泡系统区分开，因为预生成的泡沫气泡尺寸更均匀并且可以控制。
在组合与脂肪醇共混的发泡剂组合物之后，产生泡沫然后将其添加到(例如注入)浆料中。用于产生泡沫的方法和装置是众所周知的。参见例如美国专利4,518,652；2,080,009；和2,017,022。泡沫可以由含水发泡剂-脂肪醇混合物预生成。举例来说，可以经由剂量调节将具有泡沫剂和脂肪醇组合的最终组合物导入泡沫产生器设备中。制备泡沫的一种方法是使用将皂溶液与空气混合的泡沫产生器。任何混合方法都可以用于将皂与引起气泡形成的空气组合，包括搅动、湍流或混合。举例来说，泡沫产生器设备可以包括按顺序混合以产生泡沫的压缩空气和表面活性剂溶液。控制水和空气的量以产生具有特定密度的泡沫。泡沫体积的调节用于控制总干产品重量。
如果需要的话，可以“离线”预共混发泡剂混合物，即与制备发泡石膏产品的过程分开。然而，优选同时并连续地共混第一和第二发泡剂作为混合过程的整体“在线”部分。这可以例如通过以下方式来实现：泵送不同发泡剂的单独料流并在泡沫产生器之处或恰好在泡沫产生器之前将料流聚集在一起，所述泡沫产生器用于产生含水泡沫流，然后将其插入煅烧石膏浆料并与之混合。通过以这种方式共混可以简单并且有效地调节共混物中的第一和第二发泡剂的比率(例如通过改变一个或两个单独料流的流速)以在发泡凝固石膏产品中实现所需的空隙特征。响应于为确定是否需要这种调整而进行的对最终产品的检查来进行这种调整。这种“在线”共混和调节的进一步描述可以在美国专利5,643,510和5,683,635中找到，所述专利以引用的方式并入。
在一些实施例中，泡沫的在线添加是有利的，因为这允许一种或多种皂与预混物中的如本文所描述的泡沫改性剂组合，然后将其插入石膏浆料中，例如插入用于石膏浆料的主混合器中。以这种方式添加皂和皂(泡沫)改性剂允许系统的灵活性，因为可以例如借助于所属领域已知的过程控制器来调节每种组分的相对重量。因此，一种或多种皂和皂改性剂的个别量可以以更好的精度来控制并且允许制造期间的灵活性，所述灵活性不可以从用预定相对量的相应组分(即皂和皂改性剂)现场外制备的皂(发泡剂)和皂改性剂(泡沫改性剂)的组合来源中获得。
图14是说明泡沫产生系统10的一个实施例的示意流程图，在所述系统中发泡剂(皂)和泡沫改性剂(皂改性剂)在可以相对于每种组分的量进行调节的预混物中组合。具体地说，如本文所描述的不稳定的皂12、皂改性剂14和稳定的皂16以任何顺序通过单独的导管引入共混料流导管18中。泡沫水20也可以添加到共混料流导管18中以便稀释表面活性剂溶液。引入泡沫空气24以实现如可以适用于泡沫产生的所需目标泡沫密度(例如约2lb/ft3到约8lb/ft3、约3lb/ft3到约7lb/ft3或约4lb/ft3到约6lb/ft3等)。
将共混料流导管18的内容物插入泡沫产生器22中。也将清洁的干空气24插入泡沫产生器22中并用于形成泡沫26。如所属领域中已知，泡沫产生器22一般含有转子和定子。泡沫产生器在压力下使用转子与定子之间的剪切作用混合空气、水和发泡剂以产生泡沫。在精确控制的空气压力(例如约40psi到约100psi或约40psi到约80psi)和流速(例如约20ft3/min到约60ft3/min或约30ft3/min到约50ft3/min)情况下空气可以通过导管供应。如所属领域中已知，然后可以将泡沫26输送到混合器中以用于形成胶结浆料，所述浆料用于形成板如石膏板或水泥板。
有利地，系统10允许在线调节用于制备泡沫的组分，特别地不稳定的皂12、皂改性剂14和稳定的皂16。不稳定的皂12、皂改性剂14和稳定的皂16可以各自预先形成并通过单独导管输送到共混料流导管18中。如果需要的话，不稳定的皂12和皂改性剂14可以首先在预导管中组合，并且/或类似地，稳定的皂16和皂改性剂14可以首先在预导管中组合。组分12、14和16的插入可以通过如下所述的流量计量系统来辅助。
系统10允许即时在泡沫产生系统连续地形成泡沫并且胶结浆料混合器连续地形成板时，动态调节每种组分12、14和16的相对量。为了说明，组分12、14和16可以以第一重量比存在，但是操作者(例如板线操作者)可以调节组分12、14和16中的一个或多个的量以便形成第二重量比，所有正在进行中同时连续地制备泡沫，依次地板。举例来说，操作者可能希望去改变组分12、14和16的相对量以便在板层中实现目标空气空隙结构并控制所属领域中已知的空隙尺寸分布。这可以响应于对湿浆料样品的视觉检查和/或下游取样的板的横截面(例如呈湿形式，例如在刀具处，或在干燥之后)，并且特别地通过检查含有由泡沫产生的空隙的石膏层来进行。
在一些实施例中，流量计量系统可以包括一个或多个泵和一个或多个阀。举例来说，一个或多个泵(例如螺杆泵或正排量泵)可以用于促进特定发泡剂或泡沫改性剂组分注入共混料流导管18中。在一些实施例中，泵呈高精度泵的形式并且含有流量计以便量化材料流量。阀或其它流量调节器用于调节注入共混料流导管18中的每种组分12、14和16的量。可以利用所属领域已知的任何合适的阀，如电磁阀或脉冲阀(例如脉冲调制阀)。
在各种实施例中，流量计量系统可以配置成使得一个、两个或三个泵可操作地与用于第一发泡剂、第二发泡剂和泡沫改性剂的阀相连。举例来说，在一些实施例中，采用三个泵，一个用于第一发泡剂、第二发泡剂和泡沫改性剂中的每一个。在一些实施例中，如在两种发泡剂中的一种在添加到另一种发泡剂中之前首先与泡沫改性剂组合的情况下，可以使用两个泵，例如其中一个泵用于首先组合的两种成分，另一个泵用于第三种成分。在其它实施例中，使用单个泵并且适于注入第一发泡剂、第二发泡剂和泡沫改性剂。
在一些实施例中，过程控制器可以用于操作流量计量系统以用于在线调节。过程控制器可以与流量计量系统的泵和/或阀连通以调节第一发泡剂、第二发泡剂和泡沫改性剂的量。用于使用泵和阀操作流量计量系统的硬件和操作系统是众所周知的。简而言之，在一些实施例中，控制器可以呈芯片或电子控制单元的形式并且可以与具备存储器的计算机模块相连。阀和泵可以具有用于一个或多个所需特点例如开/关、脉冲速率、致动速率、流速、流动压力等的自动设置，所述设置可以安装在例如模块的存储器中。控制器可以接收例如操作人员的指令，并且例如通过其设置响应地将控制输出信号发送到阀和/或泵中。如所属领域的普通技术人员应了解，这允许在线调节组分12、14和16中的一个或多个的量，因为泵和/或阀可以调节流速、流动压力、脉冲速率、致动速率等中的一个或多个。
可以将浆料和预生成的泡沫组合以制备发泡石膏组合物。将石膏浆料和预生成的泡沫组合的一种方法是通过对泡沫加压并迫使其进入浆料中。至少一个实施例使用泡沫环来分配泡沫。泡沫环是允许浆料流过其的塑形装置。其包括一个或多个喷嘴或狭槽以用于在浆料通过环时将加压泡沫排放到浆料中。美国专利6,494,609中公开了泡沫环的用途，所述专利以引用的方式并入本文中。将泡沫和浆料组合的另一种方法是通过将泡沫直接添加到混合器中。在一个实施例中，将泡沫环或其它泡沫注入装置定向成将泡沫注入混合器的排放导管中。这种方法在共同转让的美国专利第5,683,635号中有所描述，所述专利以引用的方式并入。无论产生泡沫或将泡沫引入浆料中的方式如何，本发明方法的一个重要特点是脂肪醇在将其引入浆料中之前在泡沫制备或产生的某个点处进行组合或添加。将石膏组合物塑形以形成石膏芯。
用本公开的脂肪醇和发泡剂方案形成的凝固石膏芯的石膏晶体基质可以调整为具有任何所需的孔径分布。如所属领域的普通技术人员应了解，取决于所需的空隙尺寸和分布，皂的使用因产品而异。用于视需要调节空隙尺寸的技术是众所周知的并且将为所属领域的普通技术人员所理解。参见例如美国专利5,643,510和US 2007/0048490。举例来说，可以通过调节含水皂混合物中的皂的浓度来精细地控制发泡石膏芯的空隙尺寸分布。在制备发泡石膏芯之后，检查石膏芯的内部揭示了空隙结构。通过从初始或先前浓度改变皂浓度来产生空隙尺寸分布的变化。如果内部具有太大的一部分小空隙，则含水皂混合物中的皂浓度可以降低。如果发现太多非常大、椭圆形或不规则形状的空隙，则皂浓度可以提高。尽管最佳空隙尺寸分布可能因产品、位置或所用原材料而异，但此工艺技术无论如何定义都可以用于实现所需的空隙尺寸分布。在许多实施例中，所希望的空隙尺寸分布是产生用于所用石膏配制物的高强度芯的空隙尺寸分布。
举例来说，在一些实施例中，凝固石膏芯包含具有平均空气空隙直径的相对较大的空气空隙的空气空隙，所述直径如至少约100微米直径的平均空气空隙直径、至少约150微米直径的平均空气空隙直径、至少约200微米直径的平均空气空隙直径、至少约250微米直径的平均空气空隙直径、至少约300微米直径的平均空气空隙直径或至少约350微米直径的平均空气空隙直径等。
在一些实施例中，凝固石膏芯包含具有平均空气空隙直径的相对较小的空气空隙的空气空隙，所述直径如小于约100微米直径的平均空气空隙直径、小于约90微米直径的平均空气空隙直径、小于约80微米直径的平均空气空隙直径、小于约70微米直径的空气平均空隙直径、小于约60微米直径的平均空气空隙直径或小于约50微米直径的平均空气空隙直径等。
在一些实施例中，石膏晶体基质具有包含空隙的孔径分布，其中具有最大频率的空气空隙尺寸是约100微米或更小、约80微米或更小、约70微米或更小或约50微米或更小的直径。在其它实施例中，石膏晶体基质具有包含空气空隙的孔径分布，其中具有最大频率的空气空隙尺寸是至少约100微米的直径，如至少约150微米、至少约200微米等的直径。
在一些实施例中，为了增强强度，凝固石膏芯包括由大空隙贡献的大空隙体积，即具有至少约100微米的直径。举例来说，在一些实施例中，直径为至少约100微米的空隙贡献了至少约20％凝固石膏芯的总空隙体积，如至少约30％凝固石膏芯的总空隙体积、至少约40％的凝固石膏芯的总空隙体积、至少约50％凝固石膏芯的总空隙体积、至少约60％的凝固石膏芯的总空隙体积、至少约70％的凝固石膏芯的总空隙体积、至少约80％的凝固石膏芯的总空隙体积或至少约90％的凝固石膏芯的总空隙体积。为了增强减重同时保持强度，在一些实施例中，可以在大空隙之间设置高频率下的较小的一般离散的空气空隙，即具有小于约100微米的直径和/或具有小于约50微米的直径。在一些实施例中，具有最大频率的空气空隙尺寸是约100微米或更小、约80微米或更小、约70微米或更小或约50微米或更小的直径，同时直径为至少约100微米的空气空隙的空隙体积贡献可以是根据上述体积百分比中的任一种的任何空隙体积贡献。在一些实施例中，空气空隙分布相对较窄，其特征可以在于显微照片或芯结构的其它图像的图像分析。
如本文所使用的术语平均空气空隙尺寸(也称为平均空气空隙直径)由芯中的单独空气空隙的最大直径计算。最大直径与弗雷特直径(Feret diameter)相同。每个空气空隙的最大直径可以从样品的图像中获得。可以使用任何合适的技术拍摄图像，如提供二维图像的扫描电子显微镜法(SEM)。可以在SEM图像中测量空气空隙的大量孔径以使得空隙的横截面(孔隙)的随机性可以提供平均直径。测量随机遍布位于样品的芯中的多个图像中的空隙可以改进这种计算。另外，基于若干二维SEM图像建立芯的三维立体模型也可以改进平均空隙尺寸的计算。另一种技术是X射线CT扫描分析(XMT)，其提供三维图像。另一种技术是光学显微镜法，其中光对比可以用于帮助确定例如空隙的深度。可以手动或通过使用由美国国立卫生研究院(NIH)开发的图像分析软件例如ImageJ来测量空隙。所属领域的普通技术人员应了解，可以通过视觉观察每个空隙的尺寸来确定图像中的空隙尺寸和分布的手动确定。可以通过剖切石膏板来获得样品。
一般具有约5μm或更小直径的空隙的蒸发性水空隙也与上述空气(泡沫)空隙一起贡献空隙。在一些实施例中，孔径大于约5微米的空隙与孔径是约5微米或更小的空隙的体积比是约0.5:1到约9:1，例如约0.7:1到约9:1、约0.8:1到约9:1、约1.4:1到约9:1、约1.8:1到约9:1、约2.3:1到约9:1、约0.7:1到约6:1、约1.4:1到约6:1、约1.8:1到约6:1、约0.7:1到约4:1、约1.4:1到约4:1、约1.8:1到约4:1、约0.5:1到约2.3:1、约0.7:1到约2.3:1、约0.8:1到约2.3:1、约1.4:1到约2.3:1、约1.8:1到约2.3:1等。
尽管不希望受任何特定理论的束缚，但据信当将泡沫引入石膏浆料(有时称为“灰泥浆料”)中时脂肪醇增强了由发泡剂形成的泡沫气泡的稳定性。进一步相信泡沫气泡在与周围石膏浆料的界面处形成外壳。据信脂肪醇在界面处加强和稳定壳，从而提供对空隙尺寸和分布的改进控制。另外，由于改进的稳定性，较少的泡沫气泡破裂，并且因此在一些实施例中需要较少的发泡剂以实现与在无脂肪醇情况下制备的相同板相比而言相同的所需板减重。进一步相信发泡剂形成胶束。在这方面中，发泡剂一般是具有疏水性尾部和亲水性头部的表面活性剂。可以将脂肪醇掺入表面活性剂胶束中以使得表面活性剂和脂肪醇的疏水区彼此相邻以通过疏水区之间的疏水相互作用保护发泡气泡。
石膏浆料包括水和灰泥。可以在石膏浆料中使用任何合适类型的灰泥，包括α半水合硫酸钙、β半水合硫酸钙、无水硫酸钙。灰泥可以是纤维性或非纤维性的。本公开的实施例可以适应任何合适的水与灰泥比(WSR)。在一些实施例中，WSR是约0.3到约1.5，例如约0.3到约1.3、约0.3到约1.2、约0.3到约1、约0.3到约0.8、约0.5到约1.5、约0.5到约1.3、约0.5到约1.2、约0.5到约1、约0.5到约0.8、约0.7到约1.5、约0.7到约1.3、约0.7到约1.2、约0.7到约1、约0.8到约1.5、约0.8到约1.3、约0.8到约1.2、约0.8到约1、约0.9到约1.5、约0.9到约1.3、约0.9到约1.2、约1到约1.5、约1到约1.4、约1到约1.2等。
令人惊讶和出乎意料的是，即使在存在用于形成板芯的各种石膏浆料添加剂和量的情况下，也可以实现泡沫空隙的改进稳定性和本文所描述的相关所得益处。因此，根据本公开的实施例的改进的包含发泡剂和脂肪醇的改性预发泡混合物可以用于制备各种类型的石膏产品包括超轻质板、模具和防水板，以及防火产品。
石膏浆料可以包括所属领域已知的促进剂或延迟剂以调节凝固速率。促进剂可以呈各种形式(例如湿石膏促进剂、耐热促进剂和气候稳定促进剂)。参见例如美国专利3,573,947和6,409,825。在包括促进剂和/或延迟剂的一些实施例中，促进剂和/或延迟剂各自可以按固体计以以下的量处于灰泥浆料中以用于形成板芯：如灰泥的约0重量％到约10重量％(例如约0.1重量％到约10重量％)，例如灰泥的约0重量％到约5重量％(例如约0.1重量％到约5重量％)。
石膏浆料可以包括其它添加剂以得到所需特性，包括生强度、抗下垂性、防水性、防霉性、防火等级、热特性、板强度等。合适的添加剂的实例包含例如强度添加剂，如淀粉、分散剂、聚磷酸盐、高膨胀粒状物、散热添加剂、纤维、硅氧烷、氧化镁等或其任何组合。如所属领域的普通技术人员应容易地了解，本文中使用单数术语添加剂是为了方便而使用，但应理解为涵盖复数，即超过一种添加剂的组合。
在一些实施例中，石膏浆料包括相对于无淀粉的板的强度可有效地增加石膏板的强度(例如经由增加的钉拉阻力)的淀粉。可以使用任何合适的强度增强淀粉，包括羟烷基化淀粉，如羟乙基化或羟丙基化淀粉或其组合；或预胶凝淀粉，其一般优于一般提供纸-芯结合力增强但不提供芯强度增强的酸改性迁移淀粉。任何合适的预胶凝淀粉可以包括在增强添加剂中，如US 2014/0113124 A1和US 2015/0010767-A1中所描述，其包括其制备方法和其中所描述的所需粘度范围。
如果包括的话，预胶凝淀粉可以展现出任何合适的粘度。在一些实施例中，预胶凝淀粉是中等范围粘度的淀粉，如根据所属领域已知并且如US 2014/0113124 A1中所阐述的VMA方法所测量，其中VMA方法以引用的方式并入本文中。例如当在含15wt.％淀粉溶液的水中测量时根据VMA方法，一些实施例的所需预胶凝淀粉的中等范围粘度可以是约20厘泊到约700厘泊，例如约约20厘泊到约600厘泊、约20厘泊到约500厘泊、约20厘泊到约400厘泊、约20厘泊到约300厘泊、约20厘泊到约200厘泊、约20厘泊到约100厘泊、约30厘泊到约700厘泊、约30厘泊到约600厘泊、约30厘泊到约500厘泊、约30厘泊到约400厘泊、约30厘泊到约300厘泊、约30厘泊到约200厘泊、约30厘泊到约100厘泊、约50厘泊到约700厘泊、约50厘泊到约600厘泊、约50厘泊到约500厘泊、约50厘泊到约400厘泊、约50厘泊到约300厘泊、约50厘泊到约200厘泊、约50厘泊到约100厘泊、约70厘泊到约700厘泊、约70厘泊到约600厘泊、约70厘泊到约500厘泊、约70厘泊到约400厘泊、约70厘泊到约300厘泊、约70厘泊到约200厘泊、约70厘泊到约100厘泊、约100厘泊到约700厘泊、约100厘泊到约600厘泊、约100厘泊到约500厘泊、约100厘泊到约400厘泊、约100厘泊到约300厘泊、约100厘泊到约200厘泊等。根据一些实施例，可以将预胶凝淀粉制备为挤压淀粉，例如其中通过在挤压机中在一个步骤中预胶凝化和酸改性来制备淀粉，如US 2015/0010767-A1中所描述，其挤压方法以引用的方式并入本文中。
如果包括的话，淀粉可以以任何合适的量存在。在一些实施例中，淀粉在石膏浆料中的存在量是灰泥的约0重量％到约20重量％，例如灰泥的约0重量％到约15重量％、灰泥的约0重量％到约10重量％、灰泥的约0.1重量％到约20重量％、灰泥的约0.1重量％到约15重量％、灰泥的约0.1重量％到约10重量％、灰泥的约0.1重量％到约6重量％、灰泥的约0.3重量％到约4重量％、灰泥的约0.5重量％到约4重量％、灰泥的约0.5重量％到约3重量％、灰泥的约0.5重量％到约2重量％、灰泥的约1重量％到约4重量％、灰泥的约1重量％到约3重量％、灰泥的约1重量％到约2重量％等。
在一些实施例中，石膏浆料可以任选地包括至少一种分散剂以增强流动性。分散剂可以与其它干成分一起以干形式包括在灰泥浆料中和/或与其它液体成分一起以液体形式包括在灰泥浆料中。分散剂的实例包括萘磺酸盐，如聚萘磺酸和其盐(聚萘磺酸盐)和衍生物，其是萘磺酸和甲醛的缩合产物；以及聚羧酸酯分散剂，如聚羧酸醚，例如PCE211、PCE111、1641、1641F或PCE 2641型分散剂，例如MELFLUX 2641F、MELFLUX 2651F、MELFLUX1641F、MELFLUX 2500L分散剂(巴斯夫(BASF))和COATEX Ethacryl M，获自Coatex,Inc.；和/或木素磺酸盐或磺化木素。萘磺酸盐分散剂可以用于促进在最终产品中形成较大的气泡并因此形成较大的空隙，并且聚羧酸酯如聚羧酸酯醚可以用于在产品中形成较小的气泡并因此形成较小的空隙。由于在制造期间需要改变产品的空隙结构，因此如普通技术人员应了解，可以在所述过程中作出这种分散剂调节和其它改变。木素磺酸盐是水溶性阴离子聚电解质聚合物，即使用亚硫酸盐制浆生产木浆的副产物。可用于实践本公开的实施例的原理的木素的一个实例是获自Reed Lignin Inc.的Marasperse C-21。
一般优选的是较低分子量的分散剂。较低分子量的萘磺酸盐分散剂是有利的，因为其比较高粘度、较高分子量的分散剂倾向于较低的需水量。因此，优选分子量是约3,000到约10,000(例如约8,000到约10,000)。作为另一个示例，对于PCE211型分散剂，在一些实施例中，分子量可以是约20,000到约60,000，相比分子量高于60,000的分散剂其展现出更少的延迟。
萘磺酸盐的一个实例是DILOFLO，获自GEO Specialty Chemicals。DILOFLO是45％萘磺酸盐水溶液，尽管其它水溶液，例如在约35重量％到约55重量％固体含量范围内的水溶液，也是容易获得的。萘磺酸盐可以以干固体或粉末形式使用，例如LOMAR D，获自GEOSpecialty Chemicals。萘磺酸盐的另一个实例是DAXAD，获自GEO Specialty Chemicals。
如果包括的话，分散剂可以以任何合适的量提供。在一些实施例中，例如分散剂的存在量是例如灰泥的约0重量％到约0.7重量％、灰泥的0重量％到约0.4重量％、灰泥的约0.05重量％到约5重量％、灰泥的约0.05重量％到约0.3重量％或灰泥的约1重量％到约5重量％。
在一些实施例中，如果需要的话，石膏浆料可以任选地包括一种或多种含磷酸盐的化合物。举例来说，在一些实施例中有用的含磷酸盐的组分包括水溶性组分并且可以呈离子、盐或酸的形式，即缩合磷酸，其中每个包含两个或更多个磷酸单元；缩合磷酸盐的盐或离子，其中每个包含两个或更多个磷酸盐单元；和正磷酸盐以及水溶性无环聚磷酸盐的一元盐或一价离子。参见例如美国专利6,342,284；6,632,550；6,815,049；和6,822,033。
在一些实施例中如果添加的话，则磷酸盐组合物可以增强生坯强度、抗永久变形(例如下垂)性、尺寸稳定性等。可以使用三偏磷酸盐化合物，包括例如三偏磷酸钠、三偏磷酸钾、三偏磷酸锂和三偏磷酸铵。优选是三偏磷酸钠(STMP)，但其它磷酸盐可以是合适的，包括例如四偏磷酸钠、具有约6到约27个重复磷酸盐单元并且具有其中n＝6-27的分子式Nan+2PnO3n+1的六偏磷酸钠、具有分子式K4P2O7的焦磷酸四钾、具有分子式Na3K2P3O10的三聚磷酸三钠二钾、具有分子式Na5P3O10的三聚磷酸钠、具有分子式Na4P2O7的焦磷酸四钠、具有分子式Al(PO3)3的三偏磷酸铝、具有分子式Na2H2P2O7的酸式焦磷酸钠、具有1,000-3,000个重复磷酸盐单元并且具有其中n＝1,000-3,000的分子式(NH4)n+2PnO3n+1的聚磷酸铵或具有两个或更多个重复磷酸单元并且具有其中n是二或更大的分子式Hn+2PnO3n+1的聚磷酸。
如果包括的话，含磷酸盐的化合物可以以任何合适的量存在。为了说明，在一些实施例中，含磷酸盐的化合物的存在量可以是例如灰泥的约0.1重量％到约1重量％，例如约0.2重量％到约0.4重量％。
可以任选地包括防水性或防霉性添加剂，如硅氧烷。如果包括的话，在一些实施例中，硅氧烷优选以乳液的形式添加。然后在促进硅氧烷聚合以形成高度交联的硅酮树脂的条件下塑形并干燥浆料。可以将促进硅氧烷聚合以形成高度交联的硅酮树脂的催化剂添加到石膏浆料中。在一些实施例中，如美国专利7,811,685中所描述，可以包括氧化镁以有助于催化性和/或防霉性和/或防水性。如果包括的话，氧化镁以任何合适的量存在，如灰泥的约0.02重量％到约0.1重量％，例如约0.02重量％到约0.04重量％。
在一些实施例中，由Wacker-Chemie GmbH(德国慕尼黑(Munich,Germany))以名称SILRES BS 94出售的无溶剂甲基氢硅氧烷流体可以用作硅氧烷。此产品是不含水或溶剂的硅氧烷流体。预期在一些实施例中，以灰泥的重量计，可以使用约0.05％到约0.5％、例如约0.07％到约0.14％BS 94硅氧烷。举例来说，在一些实施例中，以干灰泥重量计，优选使用约0.05％到约0.2％、例如约0.09％到约0.12％硅氧烷。
在一些实施例中，石膏浆料可以包括任何合适的防火添加剂。合适的防火添加剂的实例包括高膨胀颗粒、高效散热添加剂、纤维等或其任何组合，如美国专利8,323,785中所描述，其关于这类添加剂的描述以引用的方式并入本文中。在一些实施例中，可以使用蛭石、三水合铝、玻璃纤维和其组合。
举例来说，根据一些实施例有用的高膨胀颗粒在约1560℉(约850℃)下加热一小时之后可以展现出其原始体积的约300％或更大的体积膨胀。在一些实施例中，可以使用高膨胀蛭石，其在温度是约1560℉(约850℃)的腔室中放置一小时之后具有其原始体积的约300％到约380％的体积膨胀。如果包括的话，高膨胀颗粒如蛭石可以以任何合适的量存在。在一些实施例中，其存在量是灰泥的约1重量％到约10重量％，例如约3重量％到约6重量％。
三水合铝(ATH)也称为三水合氧化铝和水合氧化铝，由于其结晶或复合水含量，可以提高防火性。ATH是高效散热添加剂的合适的实例。这类高效散热(HEHS)添加剂的散热能力超过了在引起水蒸气从面板芯的二水合石膏组分中脱水并释放的温度范围内的相当量的二水合石膏的散热能力。这类添加剂通常选自组合物如三水合铝或其它金属氢氧化物，其在与二水合石膏相同或类似的温度范围内分解、释放水蒸气。尽管可以使用相对于相当量的二水合石膏而言具有增加的散热效率的其它HEHS添加剂(或HEHS添加剂的组合)，但优选HEHS添加剂相对于二水合石膏而言提供充分增加的散热效率以抵消任何重量增加或HEHS添加剂在用于预期用以防火或其它高温应用的石膏面板中时的其它不希望的特性。如果包括的话，散热添加剂如ATH以任何合适的量存在。在一些实施例中，其以灰泥的约1重量％到约8重量％例如约2重量％到约4重量％的量包括在内。
纤维可以包括矿物纤维、碳纤维和/或玻璃纤维以及这类纤维的混合物以及提供与面板益处相当的益处的其它相当纤维。在一些实施例中，将玻璃纤维掺入石膏芯浆料中并得到结晶芯结构。在一些这类实施例中，玻璃纤维的平均长度可以是约0.5到约0.75英寸并且直径是约11到约17微米。在其它实施例中，这类玻璃纤维的平均长度可以是约0.5到约0.675英寸并且直径是约13到约16微米。如果包括的话，纤维如玻璃纤维以任何合适的量存在，如灰泥的约0.1重量％到约3重量％，例如约0.5重量％到约1重量％。
根据本公开的实施例的石膏板可用于具有一定范围的所需密度的各种不同产品，包括但不限于干墙(其可以涵盖不仅用于墙壁而且用于天花板和所属领域中所理解的其它位置的这类板)、防火板、防霉板、防水板等。板重量是厚度的函数。由于板通常以不同的厚度制备，因此板密度在本文中用作板重量的度量。合适的厚度的实例包括3/8英寸、半英寸、5/8英寸、3/4英寸或一英寸，或在一些国家9mm、9.5mm、10mm、12mm、12.5mm、13mm、15mm、20mm或25mm。根据本公开的实施例的石膏板的优点可以在一定范围的密度下看出，包括高达更重板密度，例如约43pcf或更低或40pcf或更低，如约17pcf到约43pcf、约20pcf到约43pcf、约24pcf到约43pcf、约27pcf到约43pcf、约20pcf到约40pcf、约24pcf到约40pcf、约27pcf到约40pcf、约20pcf到约37pcf、约24pcf到约37pcf、约27pcf到约37pcf、约20pcf到约35pcf、约24pcf到约35pcf、约27pcf到约35pcf等。
如本文所述，从石膏墙板中移除质量块导致在补偿伴随的强度损失方面的相当大的难度。鉴于改进的泡沫空隙稳定性，本公开的一些实施例令人惊讶并且出乎意料地使得能够使用具有良好强度和/或期望的防火或热特性、较低需水量的较低重量板以及有效使用如本文所描述的添加剂。举例来说，在一些实施例中，板密度可以是约17pcf到约35pcf，例如约17pcf到约33pcf、17pcf到约31pcf、17pcf到约28pcf、约20pcf到约32pcf、约20pcf到约31pcf、约20pcf到约30pcf、约20pcf到约30pcf、约20pcf到约29pcf、约20pcf到约28pcf、约21pcf到约33pcf、约21pcf到约32pcf、约21pcf到约33pcf、约21pcf到约32pcf、约21pcf到约31pcf、约21pcf到约30pcf、约21pcf到约29pcf、约21pcf到约28pcf、约21pcf到约29pcf、约24pcf到约33pcf、约24pcf到约32pcf、约24pcf到约31pcf、约24pcf到约30pcf、约24pcf到约29pcf、约24pcf到约28pcf或约24pcf到约27pcf等。
覆盖片可以呈任何合适的形式。应理解，关于覆盖片，术语“面”和“顶”片在本文中可以互换使用，而术语“背”和“底”同样在本文中可以互换使用。举例来说，覆盖片可以包含纤维素纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、矿物棉或上述材料的组合。所述片中的一个或两个可以包含单个片或多个片。在优选实施例中，覆盖片包含纤维素纤维。举例来说，可以使用如马尼拉纸(Manila paper)或牛皮纸之类的纸片作为背片。有用的覆盖片纸包括马尼拉3层纸、马尼拉7层纸、News-Line 3层纸或News-Line 7层纸，获自美国伊利诺伊州芝加哥的美国石膏公司(United States Gypsum Corporation,Chicago,IL.)；和马尼拉重纸和MH ManilaHT(高拉伸)纸，获自美国伊利诺伊州芝加哥的美国石膏公司。
另外，纤维素纸可以包含任何其它材料或材料组合。举例来说，一个或两个片，特别地面(顶)片，可以包括如本文所描述的聚乙烯醇、硼酸或聚磷酸盐(例如三偏磷酸钠)以增强纸的强度。在一些实施例中，纸可以与聚乙烯醇、硼酸和/或聚磷酸盐中的一个或多个的溶液接触以使得纸至少部分地润湿。在一些实施例中，纸可以至少部分地饱和。在一些实施例中，聚乙烯醇、硼酸和/或硼酸可以渗透纸中的纤维。聚乙烯醇、硼酸和/或聚磷酸盐的溶液可以呈任何合适的量，并且可以以所属领域所了解的任何合适的方式来施用。举例来说，溶液可以呈存在于可以添加到一种溶液中或如果需要的话添加到多种溶液中的聚乙烯醇、硼酸和/或聚磷酸盐之间的每种成分的含约1重量％固体到约5重量％固体的水的形式。
在一些实施例中，一个或两个片可以包含玻璃纤维、陶瓷纤维、矿物棉或上述材料的组合。根据本公开的一个或两个片一般可以是亲水的，这意味着片至少部分地能够将水分子吸附到片的表面上和/或将水分子吸附到片中。
在其它实施例中，覆盖片可以“基本上不含”玻璃纤维陶瓷纤维、矿物棉或其混合物，这意味着覆盖片含有(i)以片的重量计0wt.％或不含有这类玻璃纤维陶瓷纤维、矿物棉或其混合物，或(ii)无效量或(iii)非实质量的玻璃纤维陶瓷纤维、矿物棉或其混合物。如所属领域的普通技术人员应了解，无效量的实例是低于阈值量的量以实现使用玻璃纤维陶瓷纤维、矿物棉或其混合物的预期目的。如所属领域的普通技术人员应了解，以灰泥重量计，非实质量可以是例如低于约5wt.％，如低于约2wt.％、低于约1wt.％、低于约0.5wt.％、低于约0.2wt.％、低于约0.1wt.％或低于约0.01wt.％。然而，如果在替代实施例中需要的话，这类成分可以包括在覆盖片中。
在一些实施例中，顶和/或底片的导热率低于约0.1w/(m.k.)。举例来说，顶和/或底片的导热率低于约0.05w/(m.k.)。
如果需要的话，在一些实施例中，一个或两个覆盖片可以任选地包括在要求更大的防火性情况下充分赋予这类特性的任何合适的量的无机化合物或无机化合物的混合物。合适的无机化合物的实例包括三水合铝和氢氧化镁。举例来说，覆盖片可以包含具有高结晶水含量的任何无机化合物或无机化合物的混合物或在加热时释放水的任何化合物。在一些实施例中，片中的无机化合物或无机化合物的总混合物的量是片的约0.1重量％到约30重量％。片中使用的一种或多种无机化合物可以具有任何合适的粒度或合适的粒度分布。
在一些实施例中，ATH可以以占片材总重量的约5％到约30％的量添加。ATH通常在室温下非常稳定。在高于在约180℃与205℃之间的温度下，ATH通常经历吸热分解释放水蒸气。用于这类ATH添加剂的分解热大于约1000焦耳/克，并且在一个实施例是约1170焦耳/克。在不受理论束缚的情况下，据信当加热到高于205℃时，ATH添加剂分解成释放约35％结晶水作为水蒸气，这根据下式进行：Al(OH)3→Al2O3+3H2O。
包含高含水量的无机颗粒(例如ATH)的覆盖片可以提高板的防火性。在一些实施例中，将无机化合物或化合物的混合物掺入片中。可以通过首先在水中以约1％稠度稀释纤维素纤维，然后以预定比率与ATH颗粒混合，从而制备覆盖片，如包含ATH的纸。可以将混合物倒入模具中，其底部可以具有金属丝网以排出水。排水后，将纤维和ATH颗粒保留在金属丝上。可以将湿片转移到吸墨纸上并在约200-360℉下干燥。
在一些实施例中，如针对包括在覆盖片或灰泥浆料中所描述，例如小于约20μm的ATH颗粒是优选的，但可以使用任何合适的ATH源或等级。举例来说，ATH可以从商业供应商如Huber以商标SB 432(10μm)或710(1μm)获得。
在一些实施例中，覆盖片可以包含氢氧化镁。在这些实施例中，氢氧化镁添加剂的分解热优选是在180℃到205℃或更高的温度下大于约1000焦耳/克，如约1350焦耳/克。在这类实施例中，可以使用任何合适的氢氧化镁，如可以从供应商包括俄亥俄州阿克伦(Akron,Ohio)的Akrochem Corp.处商购获得的氢氧化镁。
在其它实施例中，覆盖片“基本上不含”无机化合物如ATH、氢氧化镁或其混合物，这意味着覆盖片含有(i)以片的重量计0wt.％或不含有这类无机化合物如ATH、氢氧化镁或其混合物，或(ii)无效量或(iii)非实质量的无机化合物如ATH、氢氧化镁或其混合物。如所属领域的普通技术人员应了解，无效量的实例是低于阈值量的量以实现使用无机化合物如ATH、氢氧化镁或其混合物的预期目的。非实质量可以例如低于约5wt.％，如低于约2wt.％、低于约1wt.％、低于约0.5wt.％、低于约0.1wt.％、低于约0.05wt.％、低于约0.01wt.％等。
覆盖片也可以具有任何合适的总厚度。在一些实施例中，覆盖片中的至少一个具有相对较高的厚度，例如至少约0.014英寸的厚度。在一些实施例中，优选存在甚至更高的厚度，例如至少约0.015英寸、至少约0.016英寸、至少约0.017英寸、至少约0.018英寸、至少约0.019英寸、至少约0.020英寸、至少约0.021英寸、至少约0.022英寸或至少约0.023英寸。可以采用用于这些范围的任何合适的上限，例如范围上端是约0.030英寸、约0.027英寸、约0.025英寸、约0.024英寸、约0.023英寸、约0.022英寸、约0.021英寸、约0.020英寸、约0.019英寸、约0.018英寸等。总片厚度是指连接到石膏板上的每个片的厚度之和。
覆盖片可以具有任何合适的密度。举例来说，在一些实施例中，至少一个或两个覆盖片的密度是至少约36pcf，例如约36pcf到约46pcf，如约36pcf到约44pcf、约36pcf到约42pcf、约36pcf到约40pcf、约38pcf到约46pcf、约38pcf到约44pcf、约38pcf到约42pcf等。
覆盖片可以具有任何合适的重量。举例来说，在一些实施例中，在一些实施例中，可以使用较低基重的覆盖片(例如由纸形成)，例如至少约33lbs/MSF(例如约33lbs/MSF到约65lbs/MSF、约33lbs/MSF到约60lbs/MSF、33lbs/MSF到约58lbs/MSF、约33lbs/MSF到约55lbs/MSF、约33lbs/MSF到约50lbs/MSF、约33lbs/MSF到约45lbs/MSF等，或小于约45lbs/MSF)。在其它实施例中，一个或两个覆盖片的基重是约38lbs/MSF到约65lbs/MSF、约38lbs/MSF到约60lbs/MSF、约38lbs/MSF到约58lbs/MSF、约38lbs/MSF到约55lbs/MSF、约38lbs/MSF到约50lbs/MSF、约38lbs/MSF到约45lbs/MSF。
然而，如果需要的话，在一些实施例中，可以使用甚至更重的基重例如以进一步增强钉拉阻力或增强处理例如以促进最终用户的所希望的“感觉”特征。因此，一个或两个覆盖片的基重可以是例如至少约45lbs/MSF(例如约45lbs/MSF到约65lbs/MSF、约45lbs/MSF到约60lbs/MSF、约45lbs/MSF到约55lbs/MSF、约50lbs/MSF到约65lbs/MSF、约50lbs/MSF到约60lbs/MSF等)。如果需要的话，在一些实施例中，一个覆盖片(例如安装时的“面”纸侧)可以具有上述更高的基重例如以增强钉拉阻力和处理，而另一个覆盖片(例如安装板时的“背”片)如果需要的话可以具有某种程度上较低的重基(例如小于约60lbs/MSF的重基，例如约33lbs/MSF到约55lbs/MSF、约33lbs/MSF到约50lbs/MSF、约33lbs/MSF到约45lbs/MSF或约33lbs/MSF到约40lbs/MSF)。
在一些实施例中，石膏板产品展现出超过常规墙板中所见防火性的防火性。为了实现防火性，如本文所描述，板可以任选地由增强最终板产品的防火性的某些添加剂形成。当板在组装时通过某些测试时，一些防火板被认为是“防火的”。
在一些实施例中，含有防火添加剂的石膏板可以通过使用小规模工作台测试的某些测试，根据ASTM C1795-15，包括在x-y方向(宽度-长度)上的高温收缩、在z方向(厚度)上的高温收缩(或甚至膨胀)和绝热指数(TI)。这类工作台测试适用于例如在根据ASTM E119-09a对根据UL U305、U419和/或U423(2015版)中的任一个构造的总成进行的全面测试中预测石膏板的防火性性能，和/或同等防火测试程序和标准。在这些UL测试中的任一个的组装情况下通过ASTM E119-09a测试允许防火。简而言之，UL U305要求在组装中使用木制壁柱。UL U419是使用25规格壁柱的非承重金属壁柱总成。UL U423是使用20规格壁柱的承重金属壁柱总成。UL U419一般被认为是比UL U305或UL U423更难通过的测试，因为其使用比根据UL U305和UL U423使用的壁柱更容易变形的轻规格钢壁柱。
根据一些实施例，石膏板配置成根据使用ASTM E119的根据UL U305、U419和/或U423中的一个或多个下构造的总成的火灾控制和结构完整性要求来满足或超过防火等级，和/或同等防火测试程序和标准，例如在板含有如本文所讨论的防火添加剂情况下。因此，在一些实施例中，本公开提供了石膏板(例如在1/2英寸或5/8英寸厚度下减轻的重量和密度)以及其制备方法，所述方法能够根据火灾控制和结构完整性程序以及各种UL标准如本文所讨论的那些标准的标准满足防火等级(例如17分钟、20分钟、30分钟、3/4小时、一小时、两小时等)。
可以例如根据保险商实验室(Underwriters Laboratories)UL U305、U419和U423规范以及等同于这些防火测试程序中的任一个的任何其它防火测试程序在总成中对石膏板进行测试。应理解，本文中参考ASTM E-119的特定防火测试程序并使用根据保险商实验室如UL U305、U419和U423制备的总成，例如也包括防火测试程序，如等同于ASTM E119-09a和所讨论的特定UL标准的由任何其它实体颁布的程序。
举例来说，在一些实施例中，石膏板有效地阻止热量传输通过根据UL设计编号U305、U419或U423中的任一个构造的总成，所述总成具有带有单层石膏板的第一侧和带有单层石膏板的第二侧。ASTM E119-09a涉及将热电偶放置在整个特定总成的许多地方中。然后，当总成随时间推移暴露于热量时，热电偶监测温度。在这个方面中，总成的第一侧的石膏板的表面是根据ASTM E119-09a的时间-温度曲线加热的，而总成的第二侧的石膏面板的表面具备有根据ASTM E119-09a的温度传感器。ASTM E119规定，如果热电偶中的任一个超过某个预设温度(环境温度加325℉)或热电偶的温度平均值超过不同的预设温度(环境温度加250℉)，则总成未通过测试。
在防火板的一些实施例中，当加热时，温度传感器的最大单个值在约50分钟后低于约325℉加环境温度，和/或温度传感器的平均值在约50分钟后低于约250℉加环境温度。在一些实施例中，板的密度是约40磅/立方英尺或更小。理想地，板具有如本文所描述的良好强度，如至少约11磅(5kg)的芯硬度，例如至少约13磅(5.9kg)或至少约15磅(6.8kg)的芯硬度。
在一些实施例中，当对具有防火添加剂的防火石膏板总成的第一侧上的表面加热时，温度传感器的最大单个值在约55分钟后低于约325°F加环境温度，和/或温度传感器的平均值在约55分钟后低于约250°F加环境温度。在其它实施例中，当对总成的第一侧上的石膏板的表面加热时，温度传感器的最大单个值在约60分钟后低于约325°F加环境温度，和/或温度传感器的平均值在约60分钟后低于约250°F加环境温度。在其它实施例中，当对总成的第一侧上的石膏面板的表面加热时，温度传感器的最大单个值在约50分钟后低于约325°F加环境温度，和/或温度传感器的平均值在约50分钟后低于约250°F加环境温度。在其它实施例中，当对总成的第一侧上的石膏板的表面加热时，温度传感器的最大单个值在约55分钟后低于约325°F加环境温度，和/或温度传感器的平均值在约55分钟后低于约250°F加环境温度。在其它实施例中，当对总成的第一侧上的石膏板的表面加热时，温度传感器的最大单个值在约60分钟后低于约325°F加环境温度，并且温度传感器的平均值在约60分钟后低于约250°F加环境温度。
在一些实施例中，当根据UL设计编号U305构造时，具有防火添加剂的防火石膏板有效地抑制热量传输通过总成以便实现根据ASTM E119-09a的一小时防火等级。在一些实施例中，当根据UL设计编号U419构造时，板有效地抑制热量传输通过总成以便实现根据ASTM E119-09a的一小时防火等级。在一些实施例中，当根据UL设计编号U423构造时，石膏板有效地抑制热量传输通过总成以便实现根据ASTM E119-09a的一小时防火等级。在一些实施例中，根据ASTM C1795-15，板的绝热指数(TI)是约20分钟或更长并且/或高温收缩率(S)是约10％或更低。在一些实施例中，板的高温厚度膨胀(TE)与S的比率(TE/S)是约0.06或更大，例如约0.2或更大。
此外，在一些实施例中，石膏板可以呈重量和密度降低的形式，当加热到约1560℉(850℃)时，防火石膏板在x-y方向(宽度-长度)上的高温收缩率小于约10％并且在z方向(厚度)上的高温厚度膨胀大于约20％在其它实施例中，当用于墙壁或其它总成时，这类总成具有与用更重、更密集的商业防火面板制成的总成防火测试性能相当的防火测试性能。在一些实施例中，面板的高温收缩率在x-y方向(宽度-长度)上通常小于约10％。在一些实施例中，z方向高温厚度膨胀与x-y高温收缩率的比率是在1570℉(855℃)下至少约2到超过约17。
在一些实施例中，根据本公开的原理形成的防火石膏板和其制备方法可以提供在约1800℉(980℃)加热一小时时展现出约85％或更高的平均抗收缩性的面板。在其它实施例中，当在约1800℉(980℃)下加热一小时时，石膏板展现出约75％或更高的平均抗收缩性。
覆盖片之间的石膏层可以有效地提供约20分钟或更长的绝热指数(TI)。板可以具有如本文所描述的所需密度(D)。覆盖片之间的石膏层可以有效地为石膏板提供约0.6分钟/磅/立方英尺(0.038分钟/(kg/m3))或更大的TI/D比。
在一些实施例中，根据本公开制备的石膏板符合根据ASTM标准C473-10的测试方案。举例来说，在一些实施例中，当以1/2英寸的厚度浇筑板时，如根据ASTM C473-10(方法B)所测定，板的钉拉阻力是至少约65lbf(磅力，为方便起见其有时为所属领域的技术人员简称为“lb”或“lbs”，他们将此理解为力的量度)，例如至少约68lbf、至少约70lbf、至少约72lbf、至少约74lbf、至少约75lbf、至少约76lbf、至少约77lbf等。在各种实施例中，钉拉阻力可以是约65lbf到约100lbf、约65lbf到约95lbf、约65lbf到约90lbf、约65lbf到约85lbf、约65lbf到约80lbf、约65lbf到约75lbf、约68lbf到约100lbf、约68lbf到约95lbf、约68lbf到约90lbf、约68lbf到约85lbf、约68lbf到约80lbf、约70lbf到约100lbf、约70lbf到约95lbf、约70lbf到约90lbf、约70lbf到约85lbf、约70lbf到约80lbf、约72lbf到约100lbf、约72lbf到约95lbf、约72lbf到约90lbf、约72lbf到约85lbf、约72lbf到约80lbf、约72lbf到约77lbf、约72lbf到约75lbf、约75lbf到约100lbf、约75lbf到约95lbf、约75lbf到约90lbf、约75lbf到约85lbf、约75lbf到约80lbf、约75lbf到约77lbf、约77lbf到约100lbf、约77lbf到约95lbf、约77lbf到约90lbf、约77lbf到约85lbf或约77lbf到约80lbf。
关于挠曲强度，在一些实施例中，当以二分之一英寸厚度浇铸板时，如根据ASTM标准C473-10即方法B所测定，板的挠曲强度是在纵向上至少约36lbf(例如至少约38lbf、至少约40lbf等)和/或在横向上至少约107lbf(例如至少约110lbf、至少约112lbf等)。在各种实施例中，板的在纵向上的挠曲强度可以是约36lbf到约60lbf，例如约36lbf到约55lbf、约36lbf到约50lbf、约36lbf到约45lbf、约36lbf到约40lbf、约36lbf到约38lbf、约38lbf到约60lbf、约38lbf到约55lbf、约38lbf到约50lbf、约38lbf到约45lbf、约38lbf到约40lbf、约40lbf到约60lbf、约40lbf到约55lbf、约40lbf到约50lbf或约40lbf到约45lbf。在各种实施例中，板的在横向上的挠曲强度可以是约107lbf到约130lbf，例如约107lbf到约125lbf、约107lbf到约120lbf、约107lbf到约115lbf、约107lbf到约112lbf、约107lbf到约110lbf、约110lbf到约130lbf、约110lbf到约125lbf、约110lbf到约120lbf、约110lbf到约115lbf、约110lbf到约112lbf、约112lbf到约130lbf、约112lbf到约125lbf、约112lbf到约120lbf或约112lbf到约115lbf。
另外，在一些实施例中，如根据ASTM C473-10即方法B所测定，板的平均芯硬度可以是至少约11lbf，例如至少约12lbf、至少约13lbf、至少约14lbf、至少约15lbf、至少约16lbf、至少约17lbf、至少约18lbf、至少约19lbf、至少约20lbf、至少约21lbf或至少约22lbf。在一些实施例中，板的芯硬度可以是约11lbf到约25lbf，例如约11lbf到约22lbf、约11lbf到约21lbf、约11lbf到约20lbf、约11lbf到约19lbf、约11lbf到约18lbf、约11lbf到约17lbf、约11lbf到约16lbf、约11lbf到约15lbf、约11lbf到约14lbf、约11lbf到约13lbf、约11lbf到约12lbf、约12lbf到约25lbf、约12lbf到约22lbf、约12lbf到约21lbf、约12lbf到约20lbf、约12lbf到约19lbf、约12lbf到约18lbf、约12lbf到约17lbf、约12lbf到约16lbf、约12lbf到约15lbf、约12lbf到约14lbf、约12lbf到约13lbf、约13lbf到约25lbf、约13lbf到约22lbf、约13lbf到约21lbf、约13lbf到约20lbf、约13lbf到约19lbf、约13lbf到约18lbf、约13lbf到约17lbf、约13lbf到约16lbf、约13lbf到约15lbf、约13lbf到约14lbf、约14lbf到约25lbf、约14lbf到约22lbf、约14lbf到约21lbf、约14lbf到约20lbf、约14lbf到约19lbf、约14lbf到约18lbf、约14lbf到约17lbf、约14lbf到约16lbf、约14lbf到约15lbf、约15lbf到约25lbf、约15lbf到约22lbf、约15lbf到约21lbf、约15lbf到约20lbf、约15lbf到约19lbf、约15lbf到约18lbf、约15lbf到约17lbf、约15lbf到约16lbf、约16lbf到约25lbf、约16lbf到约22lbf、约16lbf到约21lbf、约16lbf到约20lbf、约16lbf到约19lbf、约16lbf到约18lbf、约16lbf到约17lbf、约17lbf到约25lbf、约17lbf到约22lbf、约17lbf到约21lbf、约17lbf到约20lbf、约17lbf到约19lbf、约17lbf到约18lbf、约18lbf到约25lbf、约18lbf到约22lbf、约18lbf到约21lbf、约18lbf到约20lbf、约18lbf到约19lbf、约19lbf到约25lbf、约19lbf到约22lbf、约19lbf到约21lbf、约19lbf到约20lbf、约21lbf到约25lbf、约21lbf到约22lbf或约22lbf到约25lbf。
根据本公开的实施例的产品可以在典型的制造线上制备。举例来说，板制造技术描述于例如美国专利7,364,676和美国专利申请公开2010/0247937中。简而言之，在石膏板的情况下，所述过程通常涉及将覆盖片排放到移动输送机上。在这类实施例中，由于石膏板通常“面朝下”形成，因此此覆盖片是“面”覆盖片。
将石膏浆料的干和/或湿组分进料到搅动其以形成石膏浆料的混合器(例如针式或无针式混合器)中。混合器包含主体和排放导管(例如所属领域已知的门-罐-罩布置，或美国专利6,494,609和6,874,930中所描述的布置)。在一些实施例中，排放导管可以包括具有单个进料入口或多个进料入口的浆料分配器，例如在美国专利申请公开2012/0168527A1和美国专利申请公开2012/0170403 A1中所描述的那些浆料分配器。在那些实施例中，使用具有多个进料入口的浆料分配器，排放导管可以包括合适的分流器，如美国专利申请公开2012/0170403 A1中所描述的那些分流器。可以将发泡剂添加到混合器的排放导管中(例如在例如美国专利5,683,635和6,494,609中所描述的门中)或如果需要的话添加到主体中。在添加所有成分包括发泡剂之后从排放导管中排放的浆料是主要石膏浆料并将形成板芯。将板芯浆料排放到移动面覆盖片上。
面覆盖片可以承载呈相对致密的浆料层形式的薄撇渣涂层。此外，如所属领域中已知，硬边缘可以例如由形成面撇渣涂层的相同浆料流形成。在将泡沫插入排放导管的实施例中，可以从混合器主体中移除二级石膏浆料流以形成致密的撇渣涂层浆料，然后如所属领域中已知可以将其用于形成面撇渣涂层和硬边缘。如果包括的话，通常在沉积芯浆料之前，通常在混合器的上游将面撇渣涂层和硬边缘沉积到移动面覆盖片上。在从排放导管中排出之后，视需要将芯浆料铺展在面覆盖片(任选地承载撇渣涂层)上并用第二覆盖片(通常是“背”覆盖片)覆盖以形成作为最终产品的板前体的呈夹层结构形式的湿总成。第二覆盖片可以任选地承载第二撇渣涂层，其可以由与用于面撇渣涂层(如果存在的话)的二级(致密)石膏浆料相同或不同的二级(致密)石膏浆料形成。覆盖片可以由纸、纤维垫或其它类型的材料(例如箔、塑料、玻璃垫、非织造材料如纤维素和无机填充剂的共混物等)形成。
将由此得到的湿总成输送到其中将产品尺寸设定为所需厚度(例如经由成形板)的成形站，并输送到其中将其切割成所需长度的一个或多个刀片部分。使湿总成硬化以形成凝固石膏的联锁结晶基质，并使用干燥过程(例如通过将总成运输通过窑)来除去过量的水。令人惊讶和出乎意料地，已经发现，由于较低的淀粉的需水量特征，所以具有根据本公开的实施例制备的预胶凝的部分水解的淀粉的根据本公开的实施例制备的板在干燥过程中需要显著较少的时间。这是有利的，因为其降低了能量成本。
在一些实施例中，本发明的脂肪醇可以用于稳定具有浓缩层的复合板中的板芯的发泡剂，如美国申请62/184,060、62/290,361和15/186,176中所描述，以引用的方式并入本文中。举例来说，脂肪醇和发泡剂可以用于使用美国申请62/184,060、62/290,361和15/186,176中所描述的成分、量、板尺寸和制备方法来制备低密度板芯，并且在浓缩层中具有更浓缩的添加剂。
在一些实施例中，脂肪醇可以用于水泥板产品中。水泥可以由水和水泥材料(例如波特兰水泥、氧化铝水泥、氧化镁水泥等以及这类材料的共混物)的芯混合物形成。混合物中还包括发泡剂和脂肪醇。在一些实施例中，任选地，混合物可以包括轻质聚集体(例如膨胀粘土、膨胀矿渣、膨胀页岩、珍珠岩、膨胀玻璃珠、聚苯乙烯珠粒等)。可以用于形成水泥板的其它添加剂包括例如分散剂、纤维(例如玻璃、纤维素、PVC等)、促进剂、延迟剂、火山灰材料、半水合硫酸钙(例如α半水合硫酸钙)、填充剂等或其组合。
脂肪醇可以用于形成发泡水泥浆料的方法中。所述方法包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：将发泡剂与脂肪醇组合以形成含水皂混合物；由含水皂混合物产生泡沫；并且将泡沫添加到包含水泥(例如波特兰水泥、氧化铝水泥、氧化镁水泥等或其组合)和水的水泥浆料中以形成发泡水泥浆料。当泡沫夹带在水泥浆料中时，形成具有围绕与浆料接合的气泡的壳的泡沫气泡。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，据信脂肪醇的存在有希望地在界面处稳定壳。也可以将其它添加剂添加到水泥浆料中，例如分散剂、纤维(例如玻璃、纤维素、PVC等)、促进剂、延迟剂、火山灰材料、半水合硫酸钙(例如α半水合硫酸钙)、填充剂等或其组合。制备水泥板(和其中包括的添加剂)的方法描述于例如美国专利第4,203,788号；第4,488,909号；第4,504,335号；第4,916,004号；第6,869,474号；和第8,070,878号中。
当形成浆料并干燥为板时，与在无脂肪醇情况下形成的相同板相比，包含以下、由以下组成或基本上由以下组成的水泥浆料可以具有增加的强度：水、水泥、发泡剂和脂肪醇。
以下实例进一步说明了本发明，但当然不应解释为以任何方式限制其范围。
实例1
此实例证明了在具有和不具有聚羧酸酯分散剂的情况下脂肪醇对发泡剂的发泡特性的影响。
具体地说，对发泡剂溶液进行发泡、表面张力和稳定性实验。测试了三种类型的发泡剂(皂)。发泡剂1A是呈CS230形式的稳定的皂，即月桂基醚硫酸盐共混物，可以从伊利诺伊州诺斯菲尔德的Stepan商购获得。另外，测试了标识为发泡剂1B和发泡剂1C的两种不稳定的皂。发泡剂1B是Polystep B25，即烷基硫酸盐共混物，可以从Stepan商购获得，并且发泡剂1C是HyoniC25AS，即烷基硫酸盐共混物，可以从宾夕法尼亚州安布勒的Geo SpecialtyChemicals商购获得。每种发泡剂起表面活性剂的作用，并且因此由于其需要水而由此形成表面活性剂溶液。
如图2-5和表1中所示，通过在一些样品中添加脂肪醇来进行表面活性剂溶液改性。测试的脂肪醇是1-辛醇、1-癸醇和1-十二烷醇。每种溶液含有30wt.％表面活性剂和1wt.％脂肪醇(在存在的情况下)。通过添加0.1wt.％(1000ppm)呈可以从法国热奈(Genay,France)的Coatex Group商购获得的Ethacryl MTM形式的聚羧酸酯醚(PCE)分散剂来进一步改性一些溶液。包括PCE以评估皂改性剂对具有石膏产品中使用的表面活性聚合物分散剂的系统的影响。每种溶液的平衡是水。通过在小瓶中摇动(手动)10ml表面活性剂溶液60秒并报告泡沫高度(以mm为单位)来进行发泡研究。
图1-3是说明发泡结果的条形图。图1显示了单独地和在存在呈Ethacryl MTM(Coatex)形式的1000ppm聚羧酸酯醚分散剂的情况下用稳定的皂和不稳定的皂产生的泡沫的结果。图1显示对两种不稳定的皂的发泡具有强烈影响的聚羧酸酯。
图2和3示出了单独地用1wt.％脂肪醇改性的不稳定的表面活性剂溶液(分别为发泡剂1B和1C)或与呈Ethacryl MTM(Coatex)形式的1000ppm聚羧酸酯醚分散剂一起产生的泡沫。图2-3证明了用1wt.％脂肪醇进行的皂改性改变了不稳定的皂的发泡特性。具体地说，在存在脂肪醇的情况下产生更稳固的泡沫结构，如脂肪醇降低了聚羧酸酯对发泡的相对影响所证明。需要较低的泡沫高度，因为其表明降低的聚羧酸酯的相对表面活性。在癸醇的情况下，在含PCE的溶液情况下发泡甚至减少。癸醇产生较低的泡沫高度，因为表面活性剂-脂肪醇复合物对空气/水界面的亲和力高于对聚羧酸酯的亲和力。
另外，使用平板法进行表面张力测试。在平板法中，通过将铂板浸入溶液中以便确定液体的空气/液体界面张力来进行测试。使用Kruss K12张力计(德国汉堡(Hamburg,Germany)的Kruss GmbH)以便测定测试液体的表面张力变化。这使得更好地理解在空气/液体界面和表面活性剂布置处发生的变化。
如表1中所示，对发泡剂1B即Stepan Polystep B25的溶液进行表面张力测试。在具有和不具有用1wt.％十二烷醇进行的进一步溶液改性情况下进行测试。溶液含有不同浓度(分别为1000ppm和5000ppm)的发泡剂1B，即Stepan Polystep B25。另外，在具有和不具有用量是0.1wt.％(1000ppm)的呈Ethacryl MTM(Coatex)形式的聚羧酸酯醚分散剂进行的溶液改性情况下进行测试。表面张力值以毫牛顿/米(mN/m)为单位。
表1
表1的结果表明，呈十二烷醇形式的脂肪醇的存在有益于比在无十二烷醇情况下的脂肪醇的存在产生更稳固(例如强)的泡沫。此外，可以看出，当脂肪醇与发泡剂一起使用时，对由使用聚羧酸酯分散剂引起的表面张力没有任何有害影响，这表明泡沫的稳定性(例如强度)。当与未改性的表面活性剂相比时，十二烷醇改性的表面活性剂溶液的表面张力降低。较低的表面张力一般表明较高的表面活性并且可以允许表面活性剂使用的减少以实现相同的发泡特性。
此外，评估了由不稳定的发泡剂1A和1B产生的泡沫的降解。单独考虑了发泡剂，并且在用如图4和5中所阐述的脂肪醇改性表面活性剂溶液时。通过测量随老化时间变化的泡沫高度(以mm为单位)来确定降解。
如图4和5中可见，用脂肪醇进行的对表面活性剂溶液的改性也影响降解。在图5中，“1k”是指溶液中1000ppm发泡剂。对于所有改性皂，泡沫高度都较高，并且结果表明改性皂的降解速度比传统发泡剂的降解速度慢。泡沫高度的快速降低表明不稳定的气泡并且来自泡沫的大量液体排出。在所有情况下，用脂肪醇改性的皂溶液持续更长时间并且不像常规未改性皂那样快速降解。
实例2
此实例证明了脂肪醇对墙板制造中的发泡剂的发泡特性的影响。
墙板是在商业制造线上制备的。每个板是由表2中所阐述的配制物制备的。板各自用呈40:60比率的烷基醚硫酸盐和烷基硫酸盐形式的发泡剂，通过使皂与水共混并随后产生泡沫并与石膏浆料发泡混合来制成。烷基醚硫酸盐呈Geo Hyonic PFM 33的形式，而烷基硫酸盐呈Geo Hyonic 25 AS的形式(两者都获自Geo Specialty Chemicals)。
BMA是球磨促进剂，其含有石膏并通过与葡萄糖一起干磨来制备。分散剂是呈可以从德国巴斯夫商购获得的BASF Melflux 541形式的聚羧酸酯分散剂。延迟剂是具有二乙烯三胺五乙酸的五钠盐的水溶液的1％溶液(80，可以从密歇根州米特兰的陶氏化学公司(DOW Chemical Company,Midland,MI)商购获得)，并是通过将1份(重量)80与99份(重量)水混合来制备的。
将干成分和湿成分分别引入混合器中以形成灰泥浆料(有时称为石膏浆料)。将浆料排放到在输送带上行进的移动纸覆盖片上以使得浆料铺展以在纸上形成芯。在使用辊的情况下将致密的撇渣涂层施用到纸覆盖片上。致密的浆料围绕辊的边缘行进以形成板的边缘。将第二覆盖片施用到芯上以形成呈长连续带形式的板前体的夹层结构。将带固化、切割、窑干并加工以形成最终板产品。
表2
由表2的配制物制备四种类型的板，不同之处在于长链醇与发泡剂的存在。板2A是对照物并且不包括用脂肪醇进行的对发泡剂的任何改性。用包括添加到发泡剂中的1％1-十二烷醇的发泡剂制备板2B。使用包括1％1-癸醇的发泡剂制备板2C。使用包括1％1-辛醇的发泡剂制备板2D。借助于泡沫产生装置，通过将皂溶液与加压空气高剪切混合并在浆料出口前将其引入主混合器外部的浆料中来制备发泡剂。
由20×放大倍数的光学显微镜拍摄的图像取自每种类型的板的芯。总共九个光学显微镜图像取自板2A-2D中的每一个。来自每个板的九个图像取自相同板芯中的九个不同点，并且对于每个板随机选择三个图像，其作为图6A到9C中的芯的实例呈现。图6A-6C是来自控制板2A的图像。图7A-7C是来自板2B的图像。图8A-8C是来自板2C的图像。图9A-9C是来自板2D的图像。如这些图中可见，在引入皂改性剂之后，芯结构受到影响。如图6A-6C中所示，控制板2A的芯结构具有大量较大的空隙，而板2B(图7A-7C)和板2D(图9A-9C)显示较大空隙的尺寸的减小和减小的整体空隙尺寸，而板2C(图8A-8C)显示空隙尺寸的增加。
分析每种条件下的六个图像。借助于获自魁北克省隆格伊(Longueuil,Quebec)的Clemex Technologies,Inc.的Clemex Vision PE分析随机选自用于空隙分析的每种实验条件(即图6A-6C、7A-7C、8A-8C、9A-9C)的图像。对于每个图像，手动测量每个空隙的空隙(气泡)尺寸直径。软件提供了分布。表3中报告了结果概述。
表3
算术平均值是由软件测定的，并指示板内所有空隙的空隙直径(以微米为单位)的算术平均值。体积平均值是由软件开发的分布图测定的，并指示体积加权的平均空隙尺寸。
此外，图10-13是说明板2A(图10)、2B(图11)、2C(图12)和2D(图13)中的每一个的体积分布的条形图。条形图显示作为空隙尺寸(以微米为单位)的函数的空隙体积频率。
从表3和图10-13中可以看出，控制板2A中的空隙一般更大并且更分散，而板2B和2D的空隙更小并且分布更窄。控制板的空隙更大并且分布更均匀。控制板2A中的空隙分布是双峰的，而板2B和2D中的分布是单峰和高斯分布。
这些结果证明了发泡剂中的表面活性剂(皂)改性足以引起墙板中的空隙尺寸分布变化，而不会以其它方式改变配方或表面活性剂剂量。这些结果进一步表明，在不需要新的表面活性剂共混物的情况下，可以容易地实现更有利的分布(更窄或更宽)。
实例3
此实例说明皂改性可以减小发泡剂共混物的表面张力。具体地说，使用如实例1中所描述的平板法用Kruss K12张力计进行表面张力测试。
对发泡剂3A即Stepan B25和发泡剂3B即Hyonic 25AS的溶液进行表面张力测试。针对每种发泡剂的测试在无进一步溶液改性(对照)的情况下进行，并且还在用1wt.％十二烷醇、1wt.％癸醇和1wt.％辛醇进行进一步溶液改性的情况下进行。溶液含有不同浓度(分别为2000ppm、1000ppm和500ppm)的发泡剂。结果示于表4中。
表4
表4的结果表明，脂肪醇的存在有益于制备更具表面活性的皂共混物。举例来说，可以看出改性皂的表面张力降低，这表明泡沫的稳定性(例如强度)得到改进。在与未改性的表面活性剂相比时，醇改性的表面活性剂溶液的表面张力降低。较低的表面张力一般表明较高的表面活性并且可以允许表面活性剂使用的减少以实现相同的发泡特性。
本文所引用的所有参考文献包括公开、专利申请和专利都以引用的方式并入本文中，其程度如同每个参考文献单独且具体地指出以引用的方式并入并且在本文中完整地阐述。
除非本文另有说明或明显地与上下文相矛盾，否则在描述本发明的上下文中(尤其在以下权利要求书的上下文中)，术语“一个(a/an)”和“所述”和“至少一个”以及类似指示物的使用应被解释为覆盖单数和复数。除非本文另有说明或明显地与上下文相矛盾，否则术语“至少一个”后跟有一个或多个项目的列表(例如“A和B中的至少一个”)的使用应被解释为意味着选自所列项目的一个项目(A或B)或所列项目(A和B)中的两个或更多个的任何组合。如本文所使用，应理解术语“结合关系”不一定意味着两个层直接接触。除非另有指示，否则术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应被解释为开放式术语(即意味着“包括但不限于”)。此外，叙述“包含”(或其同等物)的所有地方，“包含”被认为合并“基本上由……组成”和“由……组成”。因此，“包含”一个或多个要素的实施例支持“基本上由所叙述一个或多个要素组成”和“由所叙述一个或多个要素组成”的实施例。叙述“基本上由……组成”的所有地方被认为合并“由……组成”。因此，“基本上由一个或多个要素组成”的实施例支持“由所叙述一个或多个要素组成”的实施例。除非本文另有说明，否则本文中对数值范围的叙述仅旨在用作单独提及的落入所述范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独值并入本说明书中，如同其在本文中单独叙述一样。除非本文另有说明或以其它方式明显地与上下文相矛盾，否则本文所描述的所有过程都可以任何合适的顺序进行。除非另外要求，否则本文提供的任何和所有实例或示例性语言(例如“如”)的使用仅旨在更好地说明本发明并且不是对本发明的范围进行限制。本说明书中的任何语言都不应被解释为表明任何未要求保护的要素对于本发明的实践是必不可以少的。
本文描述了本发明的优选实施例，包括本发明人已知的实施本发明的最佳模式。在阅读前述描述后，那些优选实施例的变化对于所属领域的普通技术人员来说可以变得显而易见。本发明人期望熟练的技术人员视需要采用这类变化，并且本发明人希望本发明以不同于本文所具体描述的方式来实践。因此，本发明包括适用法律允许的所附权利要求书中所叙述主题的所有修改和同等物。此外，除非本文另有说明或以其它方式明显地与上下文矛盾，否则本发明涵盖上述要素的所有可能性变型的任何组合。

Claims (10)

1.一种制备发泡胶结板的方法，其包含：
(a)将第一量的第一发泡剂、第二量的第二发泡剂和第三量的脂肪醇共混以形成含水共混料流，其中所述第一、第二和第三量呈第一重量比；
(b)可控制地改变所述第一、第二和/或第三量以形成第二重量比，其不同于所述第一重量比；
(c)将空气插入所述共混料流中以形成泡沫；
(d)混合至少水、胶结材料和所述泡沫以形成浆料；
(e)将所述浆料设置在第一覆盖片与第二覆盖片之间以形成板前体；
(f)将所述板前体切割成板；并且
(g)干燥所述板。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一、第二和第三量受流量计量系统控制，并且其中过程控制器与所述流量计量系统连通以调节所述第一、第二和第三量中的一个或多个。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述流量计量系统包含与阀可操作地相连以用于控制所述第一发泡剂、第二发泡剂和脂肪醇中的每一个流入所述含水共混料流中的流量的至少一个泵。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中所述脂肪醇是C6-C20脂肪醇。
5.根据权利要求3所述的方法，其中在添加不稳定的发泡剂之前将稳定的发泡剂与所述脂肪醇组合。
6.根据权利要求3所述的方法，其中在添加稳定的发泡剂之前将不稳定的发泡剂与所述脂肪醇组合。
7.一种用于形成泡沫的系统，所述系统包含：
(a)泡沫产生器；
(b)空气供应导管，其用于将空气引入所述泡沫产生器中；
(c)流量计量系统，其配置成无论以何种顺序将第一量的发泡剂、第二量的第二发泡剂和第三量的脂肪醇直接或间接地引入所述泡沫产生器中；
(d)控制器，其与所述流量计量系统连通以选择性地改变直接或间接地引入所述泡沫产生器中的第一发泡剂、第二发泡剂和脂肪醇的相对量。
8.一种用于形成泡沫的系统，所述系统包含：
(a)流量计量系统，其包含与一个或多个阀可操作地相连以用于控制第一发泡剂、第二发泡剂和脂肪醇无论以何种顺序流入共混料流导管中的流量的至少一个泵；
(b)控制器，其与所述流量计量系统连通以选择性地改变引入所述共混料流导管中的第一发泡剂、第二发泡剂和脂肪醇的相对量；
(c)泡沫产生器，其与所述共混料流导管流体连通；和
(d)空气供应导管，其用于将空气引入所述泡沫产生器中。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其中所述脂肪醇是C6-C20脂肪醇。
10.根据权利要求7或8所述的系统，其中所述流量计量系统包含与阀可操作地相连以用于控制所述第一发泡剂、第二发泡剂和脂肪醇中的每一个流入与所述泡沫产生器流体连通的共混料流导管中的流量的至少一个泵。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114867586A (zh) * 2019-12-10 2022-08-05 圣戈班石膏板公司 用于生产灰泥浆料的装置和方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10309771B2 (en) 2015-06-11 2019-06-04 United States Gypsum Company System and method for determining facer surface smoothness
DE202019104349U1 (de) * 2019-08-07 2020-11-10 Eversys Ag Vorrichtung zum Erhitzen und Aufschäumen einer Flüssigkeit, insbesondere eines Getränks

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN88101149A (zh) * 1987-03-06 1988-09-14 安塞斯工业有限公司 生产多孔混凝土和其中所用之泡沫浓缩物的方法和装置
JP2006069815A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Sanyo Chem Ind Ltd 気泡コンクリート用起泡剤及び気泡コンクリート
CN1830910A (zh) * 2006-02-27 2006-09-13 陈忠平 一种土工用的新型高效发泡剂
US20080202415A1 (en) * 2007-02-28 2008-08-28 David Paul Miller Methods and systems for addition of cellulose ether to gypsum slurry
CN101743104A (zh) * 2007-05-14 2010-06-16 基尔拔特·戈尔·宾·努努 用于轻型建筑材料混合物的生产控制过程的系统和方法和轻型砖的自动化生产系统
CN103613305A (zh) * 2013-11-22 2014-03-05 光景生物科技(苏州)有限公司 天然茶皂素发泡剂及其制备方法

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2017022A (en) 1924-08-20 1935-10-08 United States Gypsum Co Cementitious material
US2080009A (en) 1925-01-19 1937-05-11 United States Gypsum Co Plaster wallboard and method of making it
US3573947A (en) 1968-08-19 1971-04-06 United States Gypsum Co Accelerator for gypsum plaster
US4203788A (en) 1978-03-16 1980-05-20 Clear Theodore E Methods for manufacturing cementitious reinforced panels
SU967996A1 (ru) * 1981-05-27 1982-10-23 Государственный Всесоюзный научно-исследовательский институт строительных материалов и конструкций им.П.П.Будникова Пенообразователь дл пеногипсовой смеси
US4518652A (en) 1983-07-15 1985-05-21 United States Gypsum Company Method for forming a lightweight cementitious structural product and product formed thereby
US4504335A (en) 1983-07-20 1985-03-12 United States Gypsum Company Method for making reinforced cement board
US4488909A (en) 1983-11-25 1984-12-18 United States Gypsum Company Non-expansive, rapid setting cement
US4916004A (en) 1986-02-20 1990-04-10 United States Gypsum Company Cement board having reinforced edges
CA2158820C (en) * 1994-09-23 2004-11-23 Steven W. Sucech Producing foamed gypsum board
US5683635A (en) * 1995-12-22 1997-11-04 United States Gypsum Company Method for preparing uniformly foamed gypsum product with less foam agitation
US6342284B1 (en) 1997-08-21 2002-01-29 United States Gysum Company Gypsum-containing product having increased resistance to permanent deformation and method and composition for producing it
US6632550B1 (en) 1997-08-21 2003-10-14 United States Gypsum Company Gypsum-containing product having increased resistance to permanent deformation and method and composition for producing it
US6409825B1 (en) 2000-11-22 2002-06-25 United States Gypsum Company Wet gypsum accelerator and methods, composition, and product relating thereto
US6494609B1 (en) 2001-07-16 2002-12-17 United States Gypsum Company Slurry mixer outlet
US6822033B2 (en) 2001-11-19 2004-11-23 United States Gypsum Company Compositions and methods for treating set gypsum
US6815049B2 (en) 2001-12-11 2004-11-09 United States Gypsum Company Gypsum-containing composition having enhanced resistance to permanent deformation
US6869474B2 (en) 2002-08-29 2005-03-22 United States Gypsum Company Very fast setting cementitious composition
JP2006062879A (ja) * 2004-08-24 2006-03-09 Sanyo Chem Ind Ltd 気泡コンクリート用起泡剤及び気泡コンクリート
US9802866B2 (en) 2005-06-09 2017-10-31 United States Gypsum Company Light weight gypsum board
US7803226B2 (en) 2005-07-29 2010-09-28 United States Gypsum Company Siloxane polymerization in wallboard
US7364676B2 (en) 2005-09-01 2008-04-29 United States Gypsum Company Slurry spreader for cementitious board production
US8408781B2 (en) * 2006-02-21 2013-04-02 Charles D. Welker System, method and apparatus for entraining air in concrete
US8070878B2 (en) 2007-07-05 2011-12-06 United States Gypsum Company Lightweight cementitious compositions and building products and methods for making same
US8329308B2 (en) 2009-03-31 2012-12-11 United States Gypsum Company Cementitious article and method for preparing the same
EP2536672A1 (fr) * 2010-02-18 2012-12-26 Lafarge Plaque legere de ciment
FR2963002B1 (fr) * 2010-07-23 2013-04-05 Lafarge Sa Plaque legere de ciment
BR112013014178A2 (pt) * 2010-12-29 2018-05-15 United States Gypsum Co método de melhorar a resistência da placa de gesso
WO2012092582A1 (en) 2010-12-30 2012-07-05 United States Gypsum Company Slurry distributor, system and method for using same
KR101986714B1 (ko) 2010-12-30 2019-06-07 유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니 슬러리 분배시스템 및 방법
US8323785B2 (en) 2011-02-25 2012-12-04 United States Gypsum Company Lightweight, reduced density fire rated gypsum panels
US9828441B2 (en) 2012-10-23 2017-11-28 United States Gypsum Company Method of preparing pregelatinized, partially hydrolyzed starch and related methods and products
US10399899B2 (en) 2012-10-23 2019-09-03 United States Gypsum Company Pregelatinized starch with mid-range viscosity, and product, slurry and methods related thereto
WO2016209942A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 United States Gypsum Company Composite gypsum board and methods related thereto

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN88101149A (zh) * 1987-03-06 1988-09-14 安塞斯工业有限公司 生产多孔混凝土和其中所用之泡沫浓缩物的方法和装置
JP2006069815A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Sanyo Chem Ind Ltd 気泡コンクリート用起泡剤及び気泡コンクリート
CN1830910A (zh) * 2006-02-27 2006-09-13 陈忠平 一种土工用的新型高效发泡剂
US20080202415A1 (en) * 2007-02-28 2008-08-28 David Paul Miller Methods and systems for addition of cellulose ether to gypsum slurry
CN101743104A (zh) * 2007-05-14 2010-06-16 基尔拔特·戈尔·宾·努努 用于轻型建筑材料混合物的生产控制过程的系统和方法和轻型砖的自动化生产系统
CN103613305A (zh) * 2013-11-22 2014-03-05 光景生物科技(苏州)有限公司 天然茶皂素发泡剂及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114867586A (zh) * 2019-12-10 2022-08-05 圣戈班石膏板公司 用于生产灰泥浆料的装置和方法
CN114867586B (zh) * 2019-12-10 2024-05-24 圣戈班石膏板公司 用于生产灰泥浆料的装置和方法

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