CN109790077B - 用于制备具有内部产生的泡沫的轻质石膏组合物的方法及由其制备的产品 - Google Patents

用于制备具有内部产生的泡沫的轻质石膏组合物的方法及由其制备的产品 Download PDF

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Abstract

一种用于制备发泡石膏浆料的硫酸钙半水合物与(a)明矾和碳酸钙和/或(b)沸石和过碳酸钠的石膏基组合物。一种由所述组合物制备发泡石膏浆料的方法。一种由所述组合物制备发泡石膏产品的方法。一种具有填充有所述发泡石膏产品的腔体的腔壁。

Description

用于制备具有内部产生的泡沫的轻质石膏组合物的方法及由 其制备的产品
技术领域
本发明涉及一种用于制备发泡石膏浆料的方法和组合物以及由浆料制备的石膏产品，其中空隙嵌入产品结构中。该产品的用途包括应用这种可控的快速凝固石膏基泡沫材料作为腔体(大或小)或裂缝填料。
背景技术
通常，含石膏的胶结产品是通过以下方式制造的：制备煅烧石膏(α型或β型半水硫酸钙和/或硫酸钙无水石膏)、水和其它组分的混合物以根据情况形成胶结浆料。在制造胶结制品时，胶结浆料和所需的添加剂通常在连续混合器中共混，如例如美国专利第3,359,146号中所述。例如，在典型的石膏面板制造工艺中，通过将煅烧石膏(通常称为“灰泥”)均匀分散在水中以形成水性煅烧石膏浆料来生产石膏板。水性煅烧石膏浆料通常是通过将灰泥和水以及其它添加剂插入到混合器中以连续方式生产的，所述混合器含有用于搅拌内容物以形成均匀石膏浆料的装置。浆料连续地导向且通过混合器的排放出口并且进入连接到混合器排放出口的排放导管。水性泡沫可以在混合器和/或排放导管中与水性煅烧石膏浆料组合以制备发泡浆料。
应了解，此背景描述已由发明人创建以辅助读者，并且不应视为所指出的问题中的任何问题本身在本领域中已被理解的指示。虽然在一些方面和实施例中所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，并且不由任何所公开的特征解决本文中所提到的任何具体问题的能力限定。因此，一直需要新的和改进的含凝固石膏的产品，以及用于制备它们的组合物和方法，其解决、避免或最小化上述问题。
发明内容
通过碳酸盐源(例如碳酸钙)和酸性活化剂(例如硫酸铝)之间的化学反应实现石膏基材料的快速发泡。该化学反应产生二氧化碳气体作为副产物，其用作发泡剂，产生具有受控或调节的气泡结构的最终材料。本发明/概念展示了可控的快速凝固石膏基泡沫材料作为腔体(大或小)或裂缝填料的应用。
通过使用泡沫结构化材料，可以实现具有低密度和改进的绝缘性能(例如热、声)的填充材料。可针对特定应用调整特定物理特性。这些材料可以通过喷涂或填充或其它方式施加在裂缝/腔体/压痕中。一旦施加，化学反应导致内部产生气体(二氧化碳)，导致填充间隙或空隙的材料膨胀。或者当作为泡沫倾注时，部分大多膨胀，膨胀的最后阶段的将填充间隙或空隙。
材料的发泡和膨胀的量和速率由原料的浓度和浆料凝固前的反应速率决定。湿或干或固化状态下的密度、隔音和隔热性以及机械性能等性质也由原料浓度和反应速率决定。
本发明的产生气体的发泡特性可用于各种产品，包括腔体填充物、裂缝填料、绝缘材料、石膏面板、石膏灰泥、防火密封剂、轻质天花板砖、接缝化合物、涂料和纹理产品。直到粉末与水混合才开始化学反应，导致在泡孔基质内气体释放。初始反应稍微延迟，允许在发泡过程加剧之前操纵湿混合物。
因此，通过使用泡沫结构化材料可以实现具有低密度和改进的绝缘性能(例如热、声等)的填充材料。这些材料可以通过喷涂或倾注或其它任何方式施加于任何形式中，如裂缝/腔体/压痕。一旦施加或在施加材料的机械装置之前，化学反应导致内部产生气体(二氧化碳)，导致填充间隙或空隙的材料膨胀。
本发明提供一种石膏基组合物，其包含成分的混合物，基于100重量份所述成分在干燥(不包括水)基础上，所述成分包含：
50至98重量％硫酸钙半水合物；
用于产生气体的化合物的组合，其选自以下组成的组：
-1.5至50重量％，优选3至20重量％碳酸钙，和1.5至30重量％，优选3至15重量％选自硫酸铝和硫酸铝钾，优选硫酸铝的至少一种铝化合物的第一组合，用于产生CO2气体；和/或
-1至10重量％沸石，优选天然存在的沸石，以及由1至10重量％作为浓水溶液提供的过氧化氢和1至10重量％过碳酸钠(Na2CaCO3·1.5H2O2)组成的组中的成员的第二组合，用于产生氧气；
优选地，混合物包含第一组合；
0.1至10重量％，优选0.2至5重量％，最优选0.2至3重量％，例如0.2至0.71重量％纤维素增稠剂；优选地，纤维素增稠剂选自羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、甲基乙基纤维素、乙基纤维素和羧甲基纤维素组成的组中的至少一种成员，最优选包含羟丙基甲基纤维素。
优选地，基于100重量份(在干燥、无水基础上)的所述混合物的所述成分，混合物成分进一步包含以下中至少一种：
0.1至1重量％螯合剂，优选选自
-二亚乙基三胺五乙酸(DTPA，又称戊烯酸)
-乙二胺四乙酸(EDTA)
-聚丙烯酸钠
-多磷酸盐，优选焦磷酸四钠(TSPP)和/或三聚磷酸钠(STMP)，如果多磷酸盐作为分散剂和螯合剂存在，则作为螯合剂添加的量是除了作为分散剂添加的量之外，
更优选地，螯合剂选自聚丙烯酸钠或焦磷酸四钠，并且最优选螯合剂是聚丙烯酸钠；
0.05至1重量％杀生物剂。
如果需要，基于100重量份所述混合物的所述成分在干燥(不包括水)的基础上，混合物成分还可包括以下添加剂中的一种或多种：
0.1至10重量％丙烯酸酯增稠剂，其选自聚丙烯酸钠和基于丙烯酸和(甲基)丙烯酸的水溶性共聚物组成的组中的至少一种成员，优选选自聚丙烯酸钠、丙烯酸/丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸/丙烯酸酯共聚物中的至少一种成员，最优选聚丙烯酸钠；
0.1至10重量％酪蛋白、阿拉伯树胶、瓜尔豆胶、黄蓍胶、淀粉(来自任何基础来源)、海藻酸钠；
0.02至1重量％柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乙酸、硼酸，优选柠檬酸；
0.02至2重量pH值增加盐，例如柠檬酸的碱金属盐、碳酸氢钠和/或氢氧化镁，优选柠檬酸钠、柠檬酸钾、碳酸氢钠或氢氧化镁中的至少一种，最优选柠檬酸钠或氢氧化镁；
0.02至2重量％促进剂，促进剂选自硫酸钾、有机膦酸化合物、含磷酸盐的化合物和包含硫酸钙二水合物和糖的促进剂组成的组，优选促进剂包含硫酸钙二水合物和糖；
0.1至5重量％，优选0.5至3重量％发泡剂，
-优选地发泡剂选自烷基苯磺酸盐、脂肪酸盐、十二烷基硫酸钠、烷基硫酸盐、十二烷基醚硫酸钠、烷基醚硫酸钠、(C14-16烯烃磺酸钠、α-烯烃磺酸盐、磷酸酯、磺基琥珀酸盐、烷基酚醚硫酸盐和羟乙基磺酸盐组成的组，
-更优选α-烯烃磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基苯并磺酸盐和烷基醚硫酸盐低聚物，
-进一步优选选自十二烷基醚硫酸钠、C10-C12醇醚硫酸铵、C14-16烯烃磺酸钠和聚丙氧基-聚乙氧基-癸基硫酸钠(分子式C10H22-O(C3H6-OC2H4-O)x-H2SO4-Na)组成的组中的至少一种成员，
-最优选包含20至25％丁基二甘醇、7至15％十二烷基醚硫酸钠和3至5％醇C10-C16的混合物；
1至20重量％，优选5至10重量％胶乳聚合物，优选胶乳聚合物选自聚乙酸乙烯酯胶乳、聚丙烯酸乙烯酯和聚氯乙烯胶乳、丙烯酸类、苯乙烯丙烯酸类、丙烯酸酯、乙烯基丙烯酸类、氯乙烯、氯乙烯丙烯酸类、苯乙烯乙酸酯丙烯酸类、乙烯聚乙酸乙烯酯、苯乙烯丁二烯及其组合组成的组中的至少一种成员，更优选胶乳聚合物选自丙烯酸聚合物和苯乙烯丁二烯聚合物组成的组中的至少一种成员，
0.01至1重量％2-氨基-2-甲基-1-丙醇；
0.05至2重量％，通常0.1至2重量％聚羧酸盐分散剂，优选聚羧酸盐分散剂包含聚羧酸醚分散剂；
0.05至2重量％，通常0.1至2重量％多磷酸盐分散剂，优选聚磷酸盐分散剂选自三偏磷酸钠(STMP)、三聚磷酸钠(STPP)、三聚磷酸钾(KTPP)、焦磷酸四钠(TSPP)和焦磷酸四钾(TKPP)组成的组中的至少一种成员，更优选多磷酸盐分散剂是三偏磷酸钠(STMP)或焦磷酸四钠(TSPP)，最优选多磷酸盐分散剂包含三偏磷酸钠(STMP)，其中如果多磷酸盐作为分散剂和螯合剂存在(如说明书中其它地方所讨论)，作为螯合剂添加的量是除了作为分散剂添加的量之外，例如，当0.05至2重量％，通常0.1至2重量％多磷酸盐作为分散剂存在并且0.1至1重量％多磷酸盐作为螯合剂添加时，那么组合物含有0.15至3重量％，通常0.2至3重量％总多磷酸盐；
0.01至2重量％，通常0.1至2重量％，萘分散剂或木素磺酸盐分散剂，优选萘分散剂选自β-萘磺酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合物和萘硫酸钠甲醛缩合物中的至少一种，优选木素磺酸盐；
0.01至0.5重量％硅基消泡剂，
1至5重量％选自粘土、颜料颗粒及其组合的无机颗粒，优选颜料颗粒包含二氧化钛；
0.05至1％聚环氧乙烷(PEO)。
例如，混合物可包含0.05至1％聚环氧乙烷(PEO)，但不包含其它添加剂。或者，例如，混合物可包含0.05至1％聚环氧乙烷(PEO)和一种或多种其它添加剂。
胶乳聚合物可以作为干燥可再分散的粉末或作为包含表面活性剂的胶乳的一部分添加，并且胶乳聚合物作为固体分散在水性介质中。典型的胶乳为40至60重量％胶乳聚合物。
优选地，石膏基组合物包含成分，基于100重量份的所述成分，其包含：
50至98重量％硫酸钙半水合物；
1.5至50重量％，更优选3至40重量％碳酸钙；
1.5至30重量％，更优选3至20重量％硫酸铝；
0至1重量％柠檬酸；
0至2重量％柠檬酸钠；
0至2重量％促进剂，其包含硫酸钙二水合物和糖；
0.2至3重量％包含羟甲基丙基纤维素的纤维素增稠剂；
0-3重量％所述发泡剂，其中所述发泡剂选自以下组成的组：烷基苯磺酸盐、脂肪酸盐、十二烷基硫酸钠、烷基硫酸盐、十二烷基醚硫酸钠、烷基醚硫酸钠、C14-16烯烃磺酸钠、α-烯烃磺酸盐、磷酸酯、磺基琥珀酸盐、烷基酚醚硫酸盐和羟乙基磺酸盐；
0至20重量％胶乳，其包含表面活性剂和作为固体分散在水性介质中的胶乳聚合物的胶乳，胶乳聚合物选自丙烯酸类聚合物和苯乙烯丁二烯聚合物组成的组中的至少一种成员；
0至1重量％2-氨基-2-甲基-1-丙醇；
0至1重量％包含氢氧化钙的改性剂；
0.1至2重量％分散剂，其选自聚羧酸盐分散剂、多磷酸盐分散剂和萘分散剂组成的组中的至少一种成员；
其中聚羧酸盐分散剂包含聚羧酸醚分散剂，
其中萘分散剂选自的β-萘磺酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合物和萘硫酸钠甲醛缩合物中的至少一种，
其中多磷酸盐分散剂选自三偏磷酸钠(STMP)、三聚磷酸钠(STPP)、三聚磷酸钾(KTPP)、焦磷酸四钠和焦磷酸四钾(TKPP)组成的组中的至少一种成员，更优选多磷酸盐分散剂是三偏磷酸钠(STMP)或焦磷酸四钠(TSPP)，最优选多磷酸盐分散剂包含三偏磷酸钠(STMP)；
0至2重量％丙烯酸酯增稠剂，其选自聚丙烯酸钠、丙烯酸/丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸/丙烯酸酯共聚物组成的组中的至少一种成员，最优选聚丙烯酸钠；
0至1重量％螯合剂，其包含以下中一种或多种：
-二亚乙基三胺五乙酸(DTPA，又称戊烯酸)
-乙二胺四乙酸(EDTA)
-聚丙烯酸钠
-多磷酸盐，优选焦磷酸四钠(TSPP)，其中如果多磷酸盐作为分散剂和螯合剂存在，那么作为螯合剂添加的多磷酸盐的量是除了作为分散剂添加的多磷酸盐的量之外，因此，当0.1至2重量％多磷酸盐作为分散剂存在并且0至1重量％多磷酸盐作为螯合剂存在，那么组合物具有0.1至3重量％总多磷酸盐，
更优选螯合剂选自聚丙烯酸钠或焦磷酸四钠，并且最优选聚丙烯酸钠；
0至1重量％杀生物剂，通常0.05至1重量％杀生物剂；
0至0.5重量％硅基消泡剂，
0至5重量％选自粘土、颜料颗粒及其组合的无机颗粒，优选颜料颗粒包含二氧化钛，
0-10％重量％轻质骨料，如珍珠岩(经涂覆和未涂覆的)或聚苯乙烯)。
本发明还提供一种制备发泡石膏浆料的方法，其包含混合：
水；和
以上列出的的本发明的石膏基组合物成分，以形成发泡石膏浆料，其中水与硫酸钙半水合物的重量比为0.2-2:1；
其中发泡石膏浆料具有15至90体积％气泡，优选40至85体积％气泡，最优选50至80体积％气泡。水与硫酸钙半水合物的重量比为0.2-2:1的水是除了任何添加的胶乳水性介质的水之外。
本发明还提供一种制备发泡石膏产品的方法，其包含混合：
水；和
以上列出的本发明的石膏基组合物成分，以形成以上列出的发泡石膏浆料，
其中水与硫酸钙半水合物重量比为0.2-2:1；
其中发泡石膏浆料中的硫酸钙半水合物转化为硫酸钙二水合物并凝固和干燥以形成发泡石膏产品，
其中由凝固和干燥的发泡石膏浆料得到的发泡石膏产品的密度为10至55磅/立方英尺，
其中发泡石膏产品的总空隙体积为30至90体积％。
例如，对于发泡石膏浆料和发泡产品，本发明的石膏基组合物的成分包含成分的混合物，基于100份重量的所述成分在不含水的基础上，其包含：
50至98重量％硫酸钙半水合物；
用于产生气体的化合物的组合，其选自：
-1.5至50重量％碳酸钙和1.5至30重量％选自硫酸铝和硫酸铝钾的至少一种铝化合物的第一组合，用于产生CO2气体；和/或
-1至10重量％沸石以及1至10重量％作为浓水溶液提供的过氧化氢和1至10重量％过碳酸钠(Na2CaCO3·1.5H2O2)组中的成员的第二组合，用于产生氧气；
0.1至10重量％纤维素增稠剂。
本发明还包含腔壁系统，其包含：
相对的板面板，优选墙板面板，如石膏板面板或水泥板面板，最优选石膏板面板，其连接到包括螺柱的框架，以在相对的面板之间限定腔体，通常面板是竖直板面板；
由凝固和干燥的泡沫石膏浆料得到的发泡石膏产品位于腔体内，发泡石膏产品的密度为10至55磅/立方英尺，其中发泡石膏产品的总空隙体积为30至90体积％。
如本文所用，术语“煅烧石膏”旨在意指α硫酸钙半水合物、β硫酸钙半水合物、水溶性硫酸钙无水石膏、或其任何或所有的混合物，和术语“凝固石膏”和“水合石膏”旨在意指硫酸钙二水合物。混合物中的水自发地与煅烧石膏反应以形成凝固石膏。
在本说明书中，除非另有说明，否则所有百分比和比率均以重量计；并且除非另有说明，否则所有分子量均为重均分子量。
在本说明书中，任何提及的腔体、填充物、填料或任何类似的措辞都是特意开放式的，并且可以意指由任何形状的任何材料制成的任何腔体，并且最终结果可以是复合物(任何数量的材料)或单一材料。
附图说明
图1示出了本发明的腔壁系统。
图2示出了相对于样品密度绘制的来自表8的抗压强度数据。
图3示出了由实例6得到的用过碳酸钠制备的试样A。
图4示出了由实例6得到的用5.25％过氧化氢制成的试样B。
图5示出了Y形连接器。
图6示出了T形连接器。
图7示出了过程流程图。
图8示出了具有多个入口的连接器导管。
图9示出了具有同轴进料的连接器导管。
具体实施方式
本发明展示了一种可控的快速发泡/快速凝固石膏基材料。快速膨胀的发泡石膏材料可以喷涂或泵送。
该技术的应用部分或共同包括以下概念和/或产品应用：
1)用于框架结构、金属门框/商业建筑墙组件应用、竖井壁组件的填充材料。
2)现场浇筑施工块和/或挤压块，部分墙、全墙组件。
3)改进的防火应用。
4)作为用于较高VOC填缝剂、密封剂、化合物、膨胀聚氨酯泡沫的0-VOC材料的替代物。
5)隔热材料应用。
本发明提供了一种用于制造石膏浆料和凝固石膏产品的新方法，所述凝固石膏产品具有嵌入该结构中的气隙。这能够捕获并容纳内部产生的气体，从而导致散装材料膨胀。在使用硫酸铝(酸)和碳酸钙(碱)的本发明的版本中，用于膨胀的内部产生的气体由硫酸铝(酸)和碳酸钙(碱)之间的酸碱化学反应产生，其产生二氧化碳(CO2)气体。描述硫酸铝和碳酸钙如何反应以产生二氧化碳气体的典型化学反应被示为式(I)：
Al2(SO4)3+3CaCO3+3H2O>>2Al(OH)3+3CO2+3CaSO4 (I)
CO2是由于形成不稳定化合物碳酸铝和碳酸铝的分解以产生CO2作为系统中的副产物而产生。多年来已知将空隙并入介质中以增强材料内的某些特性(热阻、声学等)。可以使用各种方法将空隙并入介质中：
1.在压力下压缩气体(如碳酸水)
2.将气体注入介质中(如常规石膏面板生产)
3.在介质中内部产生气体(本发明)
本发明通过上述化学反应在介质内部产生气体。本发明可用于各种应用中。所得的发泡石膏浆料可用于填充腔体壁结构中的腔体。例如，腔壁结构系统包含两个石膏板、螺柱和玻璃纤维绝缘材料(在一些情况下，不使用绝缘材料)。然而，本发明提供了利用新型自发泡石膏基浆料作为腔体壁结构的腔体填充材料的壁系统。
因此，本发明提供了一种低密度腔壁系统，其具有增强的机械和绝缘性能，包括声学和热传递(R值)。
关于气体产生的讨论
通常，当在流体内部产生气体时，其一部分将溶解在其周围的液体中，其一部分在介质中扩散，并且部分将从介质中逸出。为了制备具有改进的声学、耐火性能和隔热性的低密度泡沫材料，必须将气体捕获在流体内并防止其在浆料中扩散、溶解和移动以保持气泡结构。当产生的气体被捕获在浆料内时，仅当浆料具有适当的流变性质时才导致材料膨胀。膨胀速率取决于化学反应的动力学和气泡生长的动力学。潜在的膨胀水平取决于反应物碳酸钙和硫酸铝的量以及它们的化学计量比。
基于反应物的数量，流体膨胀至其最大潜力的能力取决于流变性质。
关键因素是改变流体的流变性质。本发明使用各种流变改性剂实现了这一点：
·有机物如：
-纤维素增稠剂
-分散剂
-醇
·无机物如：
-粘土
纤维素增稠剂提供粘度和弹性并对石膏晶体的水合和强度几乎没有影响。对于其它气泡稳定材料，如表面活性剂、分散剂和醇，情况并非如此。这些是纤维素增稠剂在这种发泡石膏材料中特殊的主要原因，但也使配制物不明显和独特。
在本发明中，硫酸铝和碳酸钙在水中混合时发生反应，在内部产生CO2，并且灰泥(plaster)(灰泥(stucco))浆料膨胀到一定程度。然而，在石膏基浆料中不使用流变改性剂，材料将不能达到其最大膨胀潜力或在达到该潜力后将崩塌。
本发明生产的材料的一种用途是用作绝缘材料，其相关特性包括：
1.机械：粘合、冲击、压缩、拉伸
2.热：R值、耐火性
3.声学：STC
4.密度：低、中、高，取决于应用
通过包封控制反应
本发明基于酸-碱反应，其在反应物混合时迅速发生，并且在明矾(也称为硫酸铝和/或硫酸铝钾)遇到碳酸钙颗粒时，气体的产生立即开始，通常在十秒内，优选在五秒内。然而，酸/碱反应的快速动力学使得难以在浆料的机械/手动混合和将其倾注在壁腔中期间将气体捕获在浆料中。考虑到使用机械/手动混合器将明矾完全分散在浆料中所需的时间，用户在工作定制混合物也具有挑战性。当在混合过程期间对浆料中的包封颗粒施加足够的剪切力时，明胶粉末颗粒在壳中的包封导致粉末的受控释放。在浆料混合期间施加剪切应力将使壳破裂并将明矾暴露于浆料。一旦明矾颗粒均匀地分散在浆料中，那么化学反应将开始，这将导致石膏基材料的膨胀。控制释放粉末的方法将确保在混合和倾注过程中气体不会逸出系统。
活性成分，例如铝化合物(明矾)的包封控制释放分为两类：
1)第一组，其中释放受通过胶囊的聚合物膜或共聚物膜的水渗透速率以及明矾或过碳酸钠从每个经涂覆颗粒扩散到周围浆料中的速率控制。
2)具有相对厚的包封涂层的第二组，其中主要在胶囊被压力或剪切力破坏时控制活性成分的释放。
可以包封任何活性成分，即铝化合物和/或沸石，或碳酸钙和/或过碳酸钠，其反应以引起发泡，从而控制释放。
包封(涂覆)可以通过不同的方法实现：
1)海藻酸盐包封
2)聚甲醛脲微胶囊化
3)复合凝聚(明胶)微囊化
4)凝胶珠
通常用于涂层的涂料是：
1)乙基纤维素
2)聚乙烯醇
3)明胶
4)糖
5)海藻酸钠
因此，铝化合物可以作为包封在壳中的明矾粉末颗粒进料到混合物中，并且当在混合期间对浆料中的包封的明矾粉末颗粒施加足够的剪切力时，可以控制释放明矾粉末。或者，碳酸钙可以用包含乙基纤维素、聚乙烯醇、明胶、糖和海藻酸钠组成的组的成员的涂层包封。或者，碳酸钙可以用包含乙基纤维素、聚乙烯醇、明胶、糖和海藻酸钠组成的组的成员的涂层包封。
其它气体产生方法
如果气体引起膨胀并且浆料可以由于基于浆料性质的气体压力而膨胀，则本发明可以具有O2或CO2或者两者或任何气体的组合。因此，在内部以受控方式产生气体的另一种方法是使用产生O2的催化驱动的分解反应。材料的膨胀比CO2产生反应慢得多，这使得该反应适用于具有更高可控性的某些应用。在沸石(通常为天然存在的沸石)存在下，过氧化氢的浓溶液作为催化剂释放氧气并产生气体以形成泡孔发泡材料。天然沸石是具有刚性三维晶体结构和高表面积的火山矿物，其在如阳离子交换、气体分离和气体吸附的应用中提供许多特殊性质。沸石与过碳酸钠(Na2CaCO3·1.5H2O2)化学结合使用也通过过氧化氢的催化转化产生泡孔组合物。因此，该想法涵盖沸石与过碳酸钠(Na2CaCO3·1.5H2O2)组合使用以通过过氧化氢的催化转化来化学产生泡孔组合物。
使用该气体产生系统产生的产物可以含有其它添加剂，如聚合物、骨料、增稠剂、粘结剂、纤维、表面活性剂、化学氧化剂和凝固控制混合物等。
直到粉末与水混合才开始化学反应，导致在泡孔基质内氧气释放。初始反应稍微延迟，允许在发泡过程加剧之前操纵湿混合物。
由硅铝酸钠和过碳酸钠(Na2CaCO3·1.5H2O2)构成的天然存在的沸石矿物的化学相互作用通过过氧化氢的催化转化产生产生气体的泡孔组合物。由高内部表面积的巨大的开放通道网络构成的独特的蜂窝状沸石基质可以将过氧化氢化学分解成水和氧气。
本发明还可以使用合成沸石。
这些成分可以使用如上对于明矾和碳酸钙所讨论的材料和方法进行包封。因此，沸石可以作为包封在壳中的沸石颗粒进料到混合物中，并且当在混合期间对浆料中的包封的沸石粉末颗粒施加足够的剪切力时，沸石粉末受控释放。或者，过碳酸钠可以用涂层或壳包封。例如，过碳酸钠可以用包含由乙基纤维素、聚乙烯醇、明胶、糖和海藻酸钠组成的组的成员的涂层包封。
系统的成分及其目的：
本发明的浆料包含
·水：用于为粉末提供反应、水合、溶解、具有流动性等的介质。
·灰泥(硫酸钙半水合物)，使用原因如下：
-凝固性，因此，提供强度和干密度
-能够控制/操纵其凝固性(时间和最终微观结构)，因此，控制所需的晶体结构。
-防火性，因此，提供安全性
·硫酸铝(明矾)，使用原因如下：
-气体产生源
·碳酸钙，使用原因如下：
-填料
-气体产生源
通常，浆料包括以下添加剂中的一种或多种：
·缓凝剂如柠檬酸钠和促进剂如WGA、HRA或CSA以控制石膏的凝固性。
·螯合剂：用于在需要较长工作时间(可加工性)的应用中悬浮凝固的石膏。能够无限期暂停该套装。
·抗菌剂：确保对微生物生长的抵抗力，微生物生长将对产品性能有影响。
·pH调节剂：使流变改性剂快速水合并影响流变性。它们针对涂覆的纤维素增稠剂。
·涂覆反应物如PVOH和糖
·流变改性剂，其用于：
-帮助稳定气泡结构
-含有引起膨胀的在浆料中的气体
-控制气体扩散和气体逸出
-控制气泡聚结
-控制气泡的向上流动性
-防止气泡壁排水
-防止固体沉降(水/固体分离)
-防止相分离
-独特的流变性在混合期间可以表现为非常流体，能够实现易于分散，但在静止时会变厚，这阻碍气泡的流动性
具体配制物组分的实例：
下面列出了制备浆料的各种所需和任选成分的实例。
·水
·灰泥(硫酸钙半水合物)
·碳酸钙
·柠檬酸钠
·三偏磷酸钠
·流变改性剂
-PEO(聚环氧乙烷)
-PVOH(聚乙烯醇)
-胶乳
-肥皂
-分散剂
-超增塑剂，例如聚萘磺酸盐、聚丙烯酸盐、聚羧酸酯醚基(PCE)超增塑剂等)。
-淀粉
-PCM(相变材料)PCM是具有高潜热的材料。它们被添加用于在温度较高时收集热量，并在温度较低时释放热量以保持室内温度。
-HPMC(羟丙基甲基纤维素)
-HEMC(羟乙基甲基纤维素)
-HEC(羟乙基纤维素)
-MC(甲基纤维素)
-MEC(甲基乙基纤维素)
-EC(乙基纤维素)
-CMC(羧甲基纤维素)
-粘土
-沸石
-CSA(气候稳定促进剂)
-HRA(耐热促进剂)
-WGA(湿石膏促进剂)
·2-氨基-2-甲基-1-丙醇
·螯合剂
-二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)
-乙二胺四乙酸(EDTA)
-聚丙烯酸钠
-多磷酸盐，优选焦磷酸四钠(TSPP)
·抗菌剂
·丙烯酸酯增稠剂或干燥当量
·柠檬酸缓凝剂
·Suma蛋白质缓凝剂
·玻璃纤维
·矿棉
·蜡
·聚乙二醇(PEG)
材料的制备/材料填充壁腔的方法
方法1：分批或半连续分批混合
浆料制备
通常将干燥组分预混合。例如，当制备用作腔壁填料的发泡浆料时，干燥(无水)组分在到达现场之前已经混合。干燥组分的添加顺序并不重要。因此，在进入混合器之前，将所有干燥添加剂添加到粉末状石膏中。
然后将干燥组分与水混合(湿混)以产生螯合石膏浆料。这可以使用各种分批混合技术来完成，这将取决于批量大小、叶片设计和速度与取向、水比等。
制造发泡石膏产品的石膏浆料的水与硫酸钙半水合物重量比为0.2-2:1。
此外，材料可以在生产阶段期间制成浆料，并作为即用状态到达现场。
浆料配制物的湿混合可以在高剪切混合器和低剪切混合器中进行(例如，可以在>10,000rpm下操作的混合器，或可以在30rpm下操作的混合器)。本发明浆料的一个显著优点是它可以在任何混合环境中制成无结块的。需水量随配制物而变化，以保持特定的流变性并产生特定的气泡结构。将粉末预共混，然后与水混合，得到均匀无块的浆料，不会：
·凝固
·沉降(固/液相分离)
·腐坏
浆料由石膏(硫酸钙半水合物)、水、硫酸铝和碳酸钙以及通常分散剂制成。在操作中，为了制备浆料，将石膏进料到浆料混合器中。还添加了水。一些添加剂直接添加到混合器中。其它添加剂也可以添加到水中。
基于水硬性组分的干重，浆料水硬性组分包含至少70重量％硫酸钙半水合物，优选至少90重量％硫酸钙半水合物，更优选至少95重量％硫酸钙半水合物，通常是100％硫酸钙半水合物。
除水外的所有组分都在干燥状态下预混合。
在正常的分批工艺期间，然后使用泵将浆料泵送到容器/料斗/提桶/桶中。然后将明矾(粉末或溶液)添加到湿石膏基浆料中。明矾粉末有利于易于处理，但需要特定地引入浆料中以进行所需的分散。明矾溶液有利于更好地分散到浆料中。
在半连续分批工艺期间，将材料浆化并送至保持区域，在保持区域中然后将其泵送至与明矾混合。当浆料运输到保持区域时或当所有混合浆料都在保持区域中时，可以开始新批次，因此它是半连续的。
方法2：连续混合
可以将预混合的干燥石膏基材料添加到进料器驱动器中并进料到连续混合器中。连续是因为计量添加的水量与进料到混合器组件中的干燥粉末量直接相关，并且水、干燥粉末和/或浆料连续通过系统。
方法3：即用型石膏浆料
石膏浆料也可以通过包括但不限于前两种方法的制造工艺制备，然后以即用状态输送到现场。
当石膏浆料和明矾组合时，如果明矾是粉末，则将石膏浆料从容器中泵出，同时将明矾引入浆料的软管中，如使用螺杆驱动器。如果明矾是溶液，则将石膏浆料从容器中泵出，同时将明矾从明矾溶液容器中泵出。两者的混合可包括Y(“Y形”)通道或T通道连接件和/或混合装置，如静态混合器或动态混合器，以提供连续混合。然后，组合的硫酸铝和碳酸钙在浆料内部产生二氧化碳气体。动态混合器是具有移动部件的混合器，而静态混合器依赖于流过它的流体以进行混合。动态混合器排成一列。因此，本发明考虑将明矾溶液添加到连续混合器中，更具体地说动态混合器，其中它与浆料混合。
具体来说，这提供了一种制备发泡石膏产品的方法，其中方法通过在现场的分批、半连续分批或连续处理或作为制造工艺的一部分的来进行，其包含：
混合硫酸钙半水合物和碳酸钙与水以形成第一浆料；
提供铝化合物与水混合的明矾溶液；
使第一浆料和明矾溶液通过连接器导管的相应入口开口，以在连接器导管中组合，以产生组合混合发泡流，其从连接器导管通过连接器导管的排放开口排出；
在选自静态混合器或动态混合器的组合流混合器中混合组合混合发泡流，以通过使至少一部分碳酸钙与铝化合物反应来活化部分碳酸钙，以产生发泡石膏浆料；
将组合混合发泡流从组合流混合器转移到两个壁板之间的腔体；和
允许腔体中的发泡石膏浆料膨胀、硬化并干燥成发泡石膏产品。
优选地，连接器导管是Y形连接器或T形连接器。
图5示出了Y形连接器导管40。Y形连接器导管40具有限定第一所述入口开口43的第一侧入口管42和限定第二所述入口开口45的第二侧入口管44和限定排放开口47的排放管46。Y形连接器导管第一侧入口管42和第二侧入口管44限定锐角“A”。Y形连接器导管40第一侧入口管42和排放管46限定第一钝角“B”。Y形连接器导管第二侧入口管44和排放管46限定第二钝角“C”。
图6示出了T形连接器导管60。其中T形连接器导管60具有第一管62和第二管66，所述第一管62具有与第二开口端65相对的第一开口端63，所述第二管66与第一管62连通并限定第三开口端67。第一管62垂直于第二管66。第一开口端63、第二开口端65和第三开口端67中的一个是第一入口开口。不是第一入口开口的第一开口端63、第二开口端65和第三开口端67中的一个是第二入口开口。不是第一入口开口或第二入口开口的第一开口端63、第二开口端65和第三开口端67是排放开口。例如，第一开口端63是第一入口开口，第二开口端65是第二入口开口，并且第三开口端67是排放开口。
图7示出了使用连接器导管的方法的流程图。硫酸钙半水合物72和碳酸钙74和水76在混合器70中混合以形成第一浆料78。第一浆料78和明矾溶液79供给连接器导管80，优选地选自Y形连接器导管和T形连接器导管，以在连接器导管80中组合以产生组合混合发泡流82，其从连接器导管通过排放开口排出。将组合混合发泡流82在选自静态混合器或动态混合器的组合流混合器90中混合，以通过使至少一部分碳酸钙与铝化合物反应来活化至少一部分碳酸钙以产生发泡石膏浆料。组合混合发泡流作为流92排放，并从组合流混合器90转移到两个壁板之间的腔体(如图1的腔体8)。使腔体中的发泡石膏浆料膨胀、硬化并干燥。
图8示出了Y形连接器或T形连接器的替代方案，其通过多于一个入口开口将成分进料到连接器导管。例如，第一浆料可以通过第一导管的一个入口开口进料，并且明矾溶液可以进料到围绕第一导管间隔开的导管的多个入口开口中以供给第一导管。这在图8中示出，其呈现了具有第一管102和第二管106的连接器导管，所述第一管102具有与第二排放开口端105相对的第一入口开口端103，所述第二管106具有入口开口107并与第一管102连通。第二管106可以与第一管102以垂直(如图所示)或小于90度的角度“E”相交。第一开口端103是第一入口开口，第二开口端107是第二入口开口，并且第三开口端105是排放开口。
图9示出了Y形连接器或T形连接器的另一种替代方案，其将成分进料到具有同轴排放物的连接器导管，如图9所示。图9示出了具有第一管112和第二管116的连接器导管，所述第一管112具有与第二排放开口端105相对的第一入口开口端113，所述第二管116具有入口开口117和与第一管102连通的排放开口119。第一浆料供给第一开口端113。第一浆料流动方向示为方向“T”。连接器导管具有排放开口119，用于沿与第一管中的第一浆料的流动同轴的方向“T1”排出明矾溶液。第二管116可以与第一管112以垂直(如图所示)或小于90度的角度“F”相交。第一开口端113是第一入口开口，第二开口端117是第二入口开口，并且第三开口端115是用于组合的第一浆料和明矾溶液的排放开口。
以上在上述混合方法中讨论的硫酸钙半水合物和碳酸钙的第一浆料和明矾溶液，例如图5至9的系统，可以用硫酸钙半水合物和沸石的第一浆料和过碳酸钠溶液或过氧化氢溶液代替。
如果需要，也可以采用在浆料中产生O2的催化驱动的分解反应来补充产生的二氧化碳气体。为了产生O2，在天然存在的沸石作为催化剂存在下，过氧化氢浓溶液释放氧气并产生气体以形成泡孔发泡材料。沸石与过碳酸钠(Na2CaCO3·1.5H2O2)化学结合使用通过过氧化氢的催化转化产生O2也产生泡孔组合物。
在发泡石膏产品的生产期间，在与水接触后，石膏(硫酸钙半水合物)凝固以转化为硫酸钙二水合物。因此，一旦将明矾和石膏浆料混合以产生二氧化碳(并且如果需要，将产生O2的成分混合)，将发泡材料分配到壁腔中可以作为发泡或任何状态之间的完全活化的泡沫或部分活化的液体进行。根据现场条件和可用设备，将使用不同的施加方法。例如具有腔体填料的包含螺柱和壁板(例如，干壁板)的壁系统将具有比没有腔体填料的包含螺柱和壁板的壁系统更高的机械、声学和热阻性能。壁腔填充物可以是具有腔体的任何壁，例如，壁板(例如石膏板或水泥板)和钢螺柱的组合。因此，例如，石膏板或水泥板可用于本发明。然而，腔体填充物不限于与壁板一起使用。本发明还考虑填充发泡泡孔混凝土块的空心芯。
图1示出了包含螺柱6、12、14和石膏干壁板2、4的腔壁系统1，其中在石膏干壁板2、4之间具有腔体8，并且在腔体8内具有本发明的发泡石膏的腔体填料10。
然后来自用于石膏芯浆料的浆料混合器的浆料从浆料混合器进入浆料分配器，所述浆料分配器根据需要沉积浆料。例如，它可以沉积在壁腔中。腔体本身可以是临时的或永久的(在现场现场或在生产现场)复合系统或单一材料。在这个宽泛的定义下，任何空间都可以用这种材料填充，或者材料可以自由倾注，然后成形。
煅烧石膏
如本文所用，术语“煅烧石膏”旨在意指α硫酸钙半水合物、β硫酸钙半水合物、水溶性硫酸钙无水石膏、或其任何或所有的混合物。煅烧石膏也称为灰泥。术语“石膏”、“凝固石膏”和“水合石膏”旨在意指硫酸钙二水合物。混合物中的水自发地与煅烧石膏反应以形成凝固石膏。
用于本发明的煅烧石膏可以是通常发现适用于现有技术的对应实施例中的形式和浓度。它可以来自天然或合成来源。煅烧石膏在一些实施例中可以是纤维状的，而在其它实施例中可以是非纤维状的。可以使用任何形式的煅烧石膏，包括但不限于α灰泥或β灰泥。然而，α硫酸钙半水合物优选用来产生具有相对高强度的凝固石膏。如果需要，采用β硫酸钙半水合物或β硫酸钙半水合物和水溶性硫酸钙硬石膏的混合物。煅烧石膏可以包括至少约50％的β硫酸钙半水合物。在其它实施例中，煅烧石膏可以包括至少约86％的β硫酸钙半水合物。还考虑使用硫酸钙无水石膏、合成石膏或石膏粉，但优选以少于20％的小量。
碳酸钙
碳酸钙是具有式CaCO3的化合物。
铝化合物
铝化合物选自具有式Al2(SO4)3的硫酸铝和硫酸铝钾，优选其是硫酸铝。
水
水以形成可流动浆料的任何量添加到浆料中。根据使用的应用、使用的确切分散剂、灰泥的性质和使用的添加剂，用水量变化很大。水与硫酸钙半水合物的重量比为0.2-2:1。
用于制备浆料的水应该尽实际纯，以便最好地控制浆料和凝固灰泥的性质。众所周知盐和有机化合物改变浆料的凝固时间，从促进剂到凝固抑制剂的变化很大。当二水合物晶体形式的互锁基质形成时，一些杂质导致结构的不规则性，从而降低了凝固产品的强度。因此，通过使用尽实际无污染的水，优选饮用水来提高产品强度和稠度。
胶乳
本发明的石膏浆料可包含胶乳聚合物作为粘结剂。具体地说，聚合物是合成胶乳(即，通过一种或多种单体的乳液聚合制备的聚合物颗粒的水性分散体)。胶乳包含水性乳液或分散体，其包含水、胶乳聚合物、表面活性剂和本说明书中其它地方描述的其它成分。在替代方案中，胶乳聚合物可以作为干燥可再分散粉末添加。
胶乳聚合物选自以下组成的组中的至少一种成员：聚乙酸乙烯酯胶乳、聚乙烯丙烯酸酯和聚氯乙烯胶乳、丙烯酸类、苯乙烯丙烯酸类、丙烯酸酯、乙烯基丙烯酸类、氯乙烯、氯乙烯丙烯酸类、苯乙烯乙酸酯丙烯酸类、乙烯聚乙酸乙烯酯、苯乙烯丁二烯及其组合和表面活性剂，优选地，胶乳聚合物选自聚乙酸乙烯酯胶乳、聚乙烯丙烯酸酯和聚氯乙烯胶乳组成的组中的至少一种成员，更优选胶乳聚合物包含聚乙酸乙烯酯胶乳。
制备合成胶乳的方法是本领域熟知的，并且可以使用这些程序中的任一种。
胶乳的粒径可以在30nm到1500nm之间变化。
石膏浆料的分散剂
已知分散剂与石膏浆料中的石膏一起使用以帮助流化水和硫酸钙半水合物的混合物，因此需要更少的水来制备可流动的浆料。
石膏浆料通常含有分散剂，如聚萘磺酸盐。聚萘磺酸盐分散剂是众所周知的并且相对便宜，但功效有限。聚萘磺酸盐与淀粉、发泡剂和粘土具有良好的相容性。聚萘磺酸盐的生产方法包括以下反应步骤：用硫酸磺化萘，产生b-萘磺酸；b-萘磺酸与甲醛缩合，产生聚亚甲基萘磺酸；和用氢氧化钠或其它氢氧化物中和聚亚甲基萘磺酸。
聚羧酸盐分散剂是石膏浆料的合适分散剂。用于石膏浆料的优选的聚羧酸盐分散剂包含聚羧酸醚分散剂，例如包含氧化烯-烷基醚和不饱和二羧酸的共聚物的分散剂。优选地，聚羧酸盐分散剂包含氧化烯-烷基醚和不饱和二羧酸的共聚物。
Liu等人的US 7,767,019(通过引用并入本文)公开了适合用作本发明石膏浆料的分散剂的支化聚羧酸盐的实施例。这些也是阴离子表面活性剂Liu等人公开了基本上由第一和第二重复单元组成的聚羧酸盐分散剂，其中第一重复单元是烯属不饱和单羧酸重复单元或其酯或盐，或烯属不饱和硫酸重复单元或盐，并且第二重复单元具有通式(I)
Figure BDA0002018533870000241
其中R1由式(II)表示：
Figure BDA0002018533870000242
并且其中R2是氢或脂肪族C1至C5烃基，R3是未取代或取代的芳基，并且R4是氢或脂肪族C1至C20烃基、脂环族C5至C8烃基、取代的C6至C14芳基或符合式(III)中的一个的基团：
Figure BDA0002018533870000243
其中R5和R7彼此独立地代表烷基、芳基、芳烷基或烷芳基，并且R6是二价烷基、芳基、芳烷基或烷芳基，p是0至3，包括端值，m和n独立地是2至4的整数，包括端值；x和y独立地是55至350的整数，包括端值，以及z是0至200，包括端值。
Blackburn等人的US 8,142,915(通过引用并入本文)也公开了适合用作本发明石膏浆料的分散剂的聚羧酸盐的实施例。
优选地，萘分散剂选自β-萘磺酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合物和萘硫酸钠甲醛缩合物中的至少一种。
优选地，多磷酸盐分散剂选自三偏磷酸钠(STMP)、三聚磷酸钠(STPP)、三聚磷酸钾(KTPP)、焦磷酸四钠(TSPP)和焦磷酸四钾(TKPP)组成的组中的至少一种成员，更优选多磷酸盐分散剂是三偏磷酸钠(STMP)或焦磷酸四钠(TSPP)，最优选多磷酸盐分散剂包含三偏磷酸钠(STMP)。
另外，合适的氨基醇，例如2-氨基-2-甲基丙醇，可用作分散剂。
石膏浆料添加剂
添加剂可以用于石膏浆料中以赋予所需的性质并有利于制造，如促凝剂、缓凝剂、再煅烧抑制剂、粘结剂、粘合剂、分散剂、流平或非流平剂、增稠剂、杀细菌剂、杀真菌剂、pH调节剂、着色剂、增强材料、阻燃剂、防水剂、填料及其混合物。
石膏浆料还任选地包括一种或多种改性剂，所述改性剂增强分散剂使浆料流化的能力，因此改进其功效。优选的改性剂包括石灰(也称为生石灰或氧化钙)、熟石灰(也称为氢氧化钙)、苏打灰(也称为碳酸钠)和其它碳酸盐、硅酸盐、膦酸盐和磷酸盐。改性剂的剂量为0.05％到约1％，这取决于所使用的改性剂和使用它的应用。关于改性剂及其用途的另外信息参见题为“用于石膏浆料的改性剂及其使用方法(Modifiers for Gypsum Slurriesand Method of Using Them)”的美国公开专利申请第US 2006-0280898 A1号，其通过引用并入本文。
优选地，改性剂和分散剂均是干燥形式，其可以相互预共混并且与灰泥一起添加。将分散剂和改性剂添加到灰泥组合物中的方法更详细地公开在题为“用于石膏浆料的改性剂及其使用方法(Modifiers for Gypsum Slurries and Method of Using Them)”的US2006-0280898 A1中，其通过引用并入本文。
还将附加的添加剂添加到浆料中，这对于将用石膏浆料的应用是典型的。添加缓凝剂或干燥促进剂以改变水合反应发生的速率。气候稳定促进剂(“CSA”)是一种促凝剂，其包含95％硫酸钙二水合物与5％糖共研磨并且加热到250℉(121℃)以使糖焦糖化。CSA可从俄克拉荷马州绍瑟德的USG公司(USG Corporation,Southard,Okla.)工厂获得，并且根据美国专利第3,573,947号制造，所述专利通过引用并入本文。硫酸钾是另一种优选的促进剂。耐热促进剂(HRA)是与糖新鲜研磨的硫酸钙二水合物，其比率为每100磅硫酸钙二水合物约5磅到25磅糖。它在美国专利第2,078,199号中进一步描述，所述专利通过引用并入本文。两者都是优选的促进剂。
另一种促进剂，称为湿石膏促进剂(WGA)，也是优选的促进剂。在美国专利第6,409,825号中公开了湿石膏促进剂的用途和制备方法的描述，所述专利通过引用并入本文。WGA包括硫酸钙二水合物颗粒、水和选自(i)有机膦酸化合物、(ii)含磷酸盐的化合物或(iii)(i)和(ii)的混合物组成的组的至少一种添加剂。这种促进剂表现出相当长的寿命并且随着时间的推移保持其有效性，使得湿石膏促进剂可以在使用之前制造、储存以及甚至长距离运输。湿石膏促进剂的用量范围为约5到约80磅/千平方英尺(24.3到390g/m2)板产品。
本发明的其它潜在添加剂是用于减少霉、霉菌或真菌的生长的杀生物剂。取决于所选择的杀生物剂和腔体填充的预期用途，可以将杀生物剂添加到覆盖物、石膏芯或两者中。杀生物剂的实例包含硼酸、巯氧吡啶盐和铜盐。可以将杀生物剂添加到石膏浆料中。
任选地将玻璃纤维添加到浆料中。任选地将纸纤维添加到浆料中。任选地将蜡乳液或聚硅氧烷添加到石膏浆料中以改进成品石膏产品的耐水性。如果需要刚度，通常添加硼酸。通过添加蛭石可以改进阻燃性。这些和其它已知的添加剂适用于本发明的浆料配制物中。
石膏浆料可包括淀粉以强化产品。典型的淀粉是玉米淀粉、小麦淀粉和马铃薯淀粉。淀粉可以是预胶化淀粉或酸改性淀粉。本领域普通技术人员将理解对生淀粉进行预胶化的方法，例如在至少约185℉(85℃)的温度下在水中蒸煮生淀粉或其它方法。如果包括，预胶化淀粉以任何合适的量存在。例如，如果包括，可以将预胶化淀粉添加到用于形成凝固石膏组合物的混合物中，使得其存在量为凝固石膏组合物的约0.5重量％到约10重量％。为了芯强度，如USG95(伊利诺斯州芝加哥美国石膏公司(United States Gypsum Company,Chicago,IL))的淀粉还可任选地添加。
发泡剂
可以在石膏浆料中使用发泡剂以产生附加的泡沫以补充由内部化学反应产生的内部产生的泡沫。这些发泡剂可以是任何已知适用于制备发泡凝固石膏产品的常规发泡剂。许多这类发泡剂是众所周知的并且在商业上容易获得，例如肥皂。
优选地，发泡剂选自以下组成的组：烷基苯磺酸盐、脂肪酸盐、十二烷基硫酸钠、烷基硫酸盐、十二烷基醚硫酸钠、烷基醚硫酸钠、(C14-16烯烃磺酸钠、α-烯烃磺酸盐、磷酸酯、磺基琥珀酸盐、烷基酚醚硫酸盐和羟乙基磺酸盐。更优选α-烯烃磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基苯并磺酸盐和烷基醚硫酸盐低聚物。此外，优选十二烷基醚硫酸钠、C10-C12醇醚硫酸铵、C14-16烯烃磺酸钠和聚丙氧基-聚乙氧基-癸基硫酸钠(分子式C10H22-O(C3H6-OC2H4-O)x-H2SO4-Na)组成的组中的至少一种成员。最优选包含20至25％丁基二甘醇、7至15％十二烷基醚硫酸钠和3至5％醇C10-C16的混合物。
一种类型的发泡剂的实例具有式ROSO3 -M+，其中R是含有2到20个碳原子的烷基，并且M为阳离子。优选地，R是含有8到12个碳原子的烷基。适用于产生稳定泡沫的一种类型的发泡剂的实例具有式CH3(CH2)xCH2(OCH2CH2)yOSO3 -M+，其中X是从2到20的数，Y是0到10的数并且在至少50重量％的发泡剂中大于0，并且M是阳离子。还可以采用这些发泡剂的共混物。
在水泥浆中产生泡沫之前，可以将聚乙烯醇(PVOH)作为泡沫稳定剂添加到浆料中。
添加剂
可以在本发明的实践中用于浆料中以赋予所需性质并有利于制造的添加剂选自硅基消泡剂、丙烯酸酯增稠剂、纤维素增稠剂、无机填料粉末、pH调节剂的组中的一种或多种成员，优选链烷醇胺和颜料以及上述分散剂。
本发明的组合物包含粘土和/或无机填料粉末，如硫酸钙二水合物。
粘土可以煅烧或不煅烧。术语“煅烧粘土”应理解为已经进行热处理(例如加热)以驱除挥发性化合物的粘土。代表性粘土包括但不限于绿坡缕石、蒙脱石、绿脱石、贝得石、铬岭石、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石；蛭石；埃洛石；绢云母；或他们的混合物。
增稠剂选自纤维素增稠剂和丙烯酸酯增稠剂组成的组中的至少一种成员。优选的纤维素增稠剂包括羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、甲基乙基纤维素、乙基纤维素和羧甲基纤维素，最优选包含羟丙基甲基纤维素。最优选的纤维素增稠剂是羟甲基丙基纤维素。
其它潜在的增稠剂是酪蛋白、阿拉伯树胶、瓜尔胶、黄蓍胶、淀粉、海藻酸钠。
优选的丙烯酸酯增稠剂选自聚丙烯酸钠、基于丙烯酸和(甲基)丙烯酸的水溶性共聚物(如丙烯酸/丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸/丙烯酸酯共聚物)中的一种或多种。
此外，涂料组合物可包括选自聚乙烯醇、缔合增稠剂如苯乙烯/马来酸酐聚合物的增稠剂，或优选本领域技术人员已知的疏水改性聚醚氨基甲酸酯(HEUR)、疏水改性丙烯酸共聚物(HASE)和聚醚多元醇。
碱性有机和/或碱性无机化合物适合作为中和剂。除氨水溶液外，还优选的是挥发性伯、仲和叔胺，如乙胺、二甲胺、二甲基乙醇胺、三乙胺、吗啉、哌啶、二乙醇胺、三乙醇胺、二异丙胺、2-氨基-2-甲基丙醇、2-N,N-二甲氨基-2-甲基-丙醇和这些化合物的混合物。
浆料可含有硅酮基消泡剂。消泡剂或防泡剂是一种化学添加剂，其减少和阻碍工业过程液体中泡沫的形成。术语防泡剂和消泡剂通常可互换使用。常用的试剂是聚二甲基硅氧烷和其它硅酮。添加剂用于防止泡沫的形成或添加以破坏已形成的泡沫。硅酮基消泡剂是具有硅骨架的聚合物。硅酮化合物由分散在硅油中的疏水性二氧化硅组成。添加乳化剂以确保硅酮在发泡介质中快速且良好地扩散。硅酮化合物还可含有硅酮二醇和其它改性硅酮流体。聚二甲基硅氧烷是优选的防泡剂。
浆料可含有颜料。可以使用的颜料是本领域技术人员已知的用于预期用途的所有颜料。用于根据本发明的水性配制物的优选颜料是，例如，二氧化钛，优选呈金红石、硫酸钡、氧化锌、硫化锌、碱式碳酸铅、三氧化锑和立德粉(硫化锌和硫酸钡)形式。然而，水性配制物还可含有有色颜料，例如氧化铁、炭黑、石墨、发光颜料、锌黄、锌绿、群青、锰黑、锑黑、锰紫、巴黎蓝或施韦因富特绿。除了无机颜料之外，根据本发明的配制物还可含有有机有色颜料，例如乌贼墨、藤黄、Kasset棕、甲苯胺红、对位红(para red)、汉莎黄、靛蓝、偶氮染料、蒽醌类和靛蓝类染料和二恶嗪、喹吖啶酮、酞菁、异吲哚啉酮和金属络合物颜料。二氧化钛是优选的颜料。
浆料还可含有轻质填料，例如珍珠岩或聚苯乙烯。
浆料可含有pH调节剂，例如氢氧化镁。
提以下实例以进一步说明本发明的一些优选实施例，并且将其与本发明范围之外的方法和组合物进行比较。除非另有说明，否则组合物和混合物中的材料浓度以基于存在的煅烧石膏重量的重量％给出。
实例1-墙壁创建的具体实例
使用表1中列出的成分配方，用于产生发泡石膏壁的浆料产生、明矾溶液产生、泵送和混合系统的一种具体方法如下。
表1.配制物中可能的成分列表，其中包含可用于制备发泡石膏材料的最大值和最小值。
化学名称 最大％ 最小％
α和β硫酸钙半水合物 98％ 50％
碳酸钙 50％ 1％
柠檬酸钠 2％ 0％
气候稳定促进剂 2％ 0％
羟甲基丙基纤维素 5％ 0％
羟甲基乙基纤维素 5％ 0％
丙烯酸胶乳(45％固体) 20％ 0％
发泡剂* 5％ 0％
苯乙烯丁二烯胶乳 20％ 0％
聚羧酸醚 5％ 0％
氨基甲基丙醇 1％ 0％
氢氧化钙 1％ 0％
焦磷酸四钠 2％ 0％
聚丙烯酸钠 2％ 0％
柠檬酸 1％ 0％
二亚乙基三胺五乙酸 1％ 0％
硫酸铝 30％ 1％
三偏磷酸钠 2％ 0％
水(g/100g固体) 200 30
*发泡剂是包含20至25％丁基二甘醇、7至15％十二烷基醚硫酸钠和3至5％醇C10-C16的混合物
用本发明的组合物进行三种不同的方法以填充壁板之间的腔体，如下：
方法1：
·将干燥材料以分批方法共混、包装和浆化
·通过混合干燥的明矾和水产生明矾溶液
·将两种溶液泵送并通过Y形连接器组合
·使用静态混合器混合两种溶液
·然后将所得的混合发泡溶液转移到腔体
·进入腔体的材料范围从没有膨胀到完全膨胀
·腔体内的材料硬化并干燥
方法2：
·将干燥材料共混、包装
·将包装的材料以连续方法浆化
·采购明矾溶液
·将两种溶液泵送并通过Y形连接器组合
·使用静态混合器混合两种溶液
·然后将所得的混合发泡溶液转移到腔体
·进入腔体的材料范围从没有膨胀到完全膨胀
·腔体内的材料硬化并干燥
方法3：
·将干燥材料共混、包装
·将包装的材料以连续方法浆化
·采购明矾溶液
·将两种溶液进料到动态混合器中
·然后将所得的混合发泡溶液转移到腔体
·进入腔体的材料范围从没有膨胀到完全膨胀
·腔体内的材料硬化并干燥
在方法1、2和3中使用本发明的组合物膨胀以填充腔体。
实例2
将硫酸铝溶液和碳酸盐溶液混合以测量及时产生的气体量。它显示当混合两种液体时产生大量气体，但反应持续较长时间。这种初始气体产生在流体内产生了大的压力，这必须被浆料的流变性质抵消，否则当材料试图膨胀时会发生破裂和坍塌。表2示出了其结果。
表2(添加到水中的组分的重量％)
Figure BDA0002018533870000311
Figure BDA0002018533870000321
实例3
对不同密度，约15-60磅/立方英尺的本发明的裸腔填充材料(不在壁板之间)的样品进行热和声学测试。示出了每英寸的热阻和降噪系数。相对于在腔壁结构内具有空腔，所有值都得到增强。表3示出了其结果。
表3
材料性质范围 低 高
热阻，R值(h·ft<sup>2</sup>·℉/Btu) 1.0 2.0
降噪系数，NRC值 10 20
实例4
使用POSI-TESTER粘附力测试装置测试包含硫酸钙半水合物、硫酸铝和碳酸钙和纤维素增稠剂的三种配制物对美国石膏建筑材料的粘附性。
配制物A是91％硫酸钙半水合物、5％碳酸钙和4％硫酸铝。
配制物B是89.5％硫酸钙半水合物、5％碳酸钙4％硫酸铝、0.5％HPMC和1％聚羧酸酯醚基超增塑剂(分散剂)。
配制物C是89.2％硫酸钙半水合物、5％碳酸钙、4％硫酸铝、0.5％HPMC、0.1％柠檬酸钠和0.2％CSA HPMC和1％聚羧酸酯醚基超增塑剂(分散剂)。
所有百分比均为干燥(无水)基础上的重量百分比。
材料配制成粘附到不同的基材上，如石膏板、石膏纤维板、玻璃垫护套和水泥板。
表4中记录了引起失效所需的压力。该测试是拉伸式测试。
表4
Figure BDA0002018533870000322
Figure BDA0002018533870000331
实例5
对配制物进行抗压强度测试。样品字母名称对应于表5和6中的配制物。表5示出了配方。表6示出了配制物的抗压强度。
表5-所有值均为干燥(无水)成分的重量百分比
Figure BDA0002018533870000332
Figure BDA0002018533870000341
表6
样品 密度(磅/立方英尺) 水(g/100g固体) 抗压强度(psi)
A 54 55 186
B 17 75 32
C 18 80 67
D 16 75 42
E 19 65 60
F 20 60 62
G 15 75 44
H 14 70 38
I 16 70 53
J 15 80 37
K 15 80 23
L 88 50 2449
M 85 50 1684
N 87 50 1779
O 66 90 425
P 74 50 1056
Q 66 72 652
R 78 50 1139
S 78 50 1293
T 82 50 1162
U 72 72 773
V 70 72 825
W 70 72 854
X 73 60 1356
Y 62 80 725
Z 54 100 433
AA 51 56 112
AB 52 56 55
AC 53 56 6
AD 37 70 17
图2示出了相对于样品密度绘制的来自表8的抗压强度数据。“所有”的点无法被看到，因为它们落后于各个测试的点。
实例6-沸石
该实例测试使用沸石的灰泥的产生气体的发泡体系。进行该实例以确定含有斜发沸石(天然沸石)和过碳酸钠的灰泥配制物是否将通过释放O2气体产生发泡灰泥砂浆并证明在含有斜发沸石的灰泥配制物中过氧化氢的催化氧化。
在该实例中，使用斜发沸石作为粉末状配制物的组成部分制备实验室配制物，以证明灰泥的产生气体的发泡体系的概念。在试样A中，将过碳酸钠作为干混合物添加到灰泥配制物中。在试样B中，使用5.25％过氧化氢溶液将含有沸石的灰泥配制物以所需的试验稠度混合。使用1分钟浸泡、1分钟手动混合的混合程序。表7示出了试样A和B的配方。
表7-试样A和B的配方
成分 试样A 试样B
硫酸钙半水合物(重量份) 840 870
PVOH粉末(重量份) 50 50
纤维素纤维(重量份) 20 20
沸石(重量份) 60 60
过碳酸钠(重量份) 30 0
柠檬酸钠缓凝剂(重量份) 1 1
配方量(克) 200 200
去离子水量(克) 120 --
5.25％H2O2量(克) -- 120
图3示出用过碳酸钠制备的试样A。
图4示出用5.25％过氧化氢制备的试样B。
实例7
该实例测试：沸石/过碳酸钠相互作用以确定标准灰泥配制物中沸石和过碳酸钠之间的相互作用关系。在该实例中，制备实验室样品并在混合水中不受干扰地浸泡1分钟后使用Hobart混合器混合。使用1分钟浸泡、2分钟以速度2与线鞭混合的混合程序。立即测定粘度。将300克混合浆料倒入标准的32盎司纸夸脱杯中。将杯子放入干燥烘箱中1天，以在脱模前产生足够的强度。在完全干燥后，测定样品的计算的浇铸体积、体积增加和干密度。表8示出了试样1-9的配方和结果。
表8-标准灰泥配制物中沸石和过碳酸钠之间的相互作用关系(以克为单位的重量)
Figure BDA0002018533870000361
*在表8中：测试稠度是每100克粉末(干成分)添加的立方厘米水的量。初始维氏(分钟)是使用维卡针测量的混合物凝固时间的量度。使用5/16英寸旗标测定布拉本德粘度。
实例8
该实例测试不同形式的沸石和过碳酸钠的相互作用，以确定标准灰泥配制物中沸石和过碳酸钠之间的相互作用关系。在该实例中，制备实验室样品并在混合水中不受干扰地浸泡1分钟后使用Hobart混合器混合。使用1分钟浸泡、2分钟以速度2与线鞭混合的混合程序。立即测定粘度。将300克混合浆料倒入标准的32盎司纸夸脱杯中。将杯子放入干燥烘箱中1天，以在脱模前产生足够的强度。在完全干燥后，测定样品的计算的浇铸体积、体积增加和干密度。表9示出了试样A1-D的配方和结果
表9-标准灰浆配制物中沸石和过碳酸钠之间的相互作用关系(以克为单位的重量)
Figure BDA0002018533870000371
实例9
该实例在具有沸石和过碳酸钠的轻质灰泥混合物中测试弹性添加剂(如PVOH、淀粉、糖、明胶和聚乙二醇)的功能特性。在该实例中，制备实验室样品并在不受干扰地在混合水中浸泡1分钟后使用混合器混合。使用1分钟浸泡、2分钟以速度2与线鞭混合的混合程序。立即测定粘度。将300克混合浆料倒入标准的32盎司纸夸脱杯中。将杯子放入干燥烘箱中1天，以在脱模前产生足够的强度。在完全干燥后，测定样品的计算的浇铸体积、体积增加和干密度。表10示出了试样E1-E7的配方和结果。
表10-标准石膏配制物中沸石和过碳酸钠之间的相互作用关系(以克为单位的重量)
Figure BDA0002018533870000381
本发明不受上述实施例的限制，而是由所附权利要求书限定。

Claims (12)

1.一种石膏基组合物，其包含成分的混合物，基于100重量份所述成分在无水基础上，所述成分包含：
50至98重量％硫酸钙半水合物；
用于产生气体的化合物的组合，其选自：
- 1.5至50重量％碳酸钙和1.5至30重量％选自硫酸铝、硫酸铝钾及其组合的铝化合物的第一组合，用于产生CO2气体；或
- 1至10重量％沸石以及1至10重量％作为浓水溶液提供的过氧化氢和1至10重量％过碳酸钠Na2CaCO3·1.5H2O2组中的成员的第二组合，用于产生氧气；
0.1至10重量％纤维素增稠剂，
其中基于100重量份所述成分，所述成分进一步包含0.1至1重量％螯合剂;
其中所述铝化合物或沸石是包封在壳中的粉末颗粒，用于当在混合期间在浆料中对所述粉末颗粒施加足够的剪切力时，控制释放所述粉末颗粒。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中基于100重量份所述混合物的所述成分，所述混合物成分进一步包含：
0.02至2重量％促进剂，所述促进剂选自硫酸钾、有机膦酸化合物、含磷酸盐的化合物和包含硫酸钙二水合物和糖的促进剂组成的组。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述成分包含所述碳酸钙和所述铝化合物;
至少70重量％的硫酸钙半水合物;
3-20重量%碳酸钙和3-15重量%的选自硫酸铝、硫酸铝钾及其组合的铝化合物的第一组合，用于产生CO2气体；
0.2-5重量%的纤维素增稠剂，
0.1-1重量%的螯合剂，基于100重量份所述混合物的所述成分。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述成分包含：
所述沸石和由过氧化氢的水溶液和过碳酸钠Na2CaCO3·1.5H2O2组成的组中的所述成员，其中所述沸石包含天然沸石。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中基于100重量份所述混合物的所述成分，所述混合物成分进一步包含：
0.05至1.重量％杀生物剂。
6.一种制备发泡石膏浆料的方法，其包含混合：
水；和
根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，以形成所述发泡石膏浆料从而形成混合物，其中所述水与硫酸钙半水合物重量比为0.2-2:1，其中所述混合物任选地进一步包含胶乳水性介质，其中与硫酸钙半水合物重量比为0.2-2:1的所述水不包括所述胶乳水性介质的水；
其中所述发泡石膏浆料具有15至90体积％气泡。
7.一种制备发泡石膏产品的方法，其包含混合：
水；和
根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，以形成发泡石膏浆料，其中水与硫酸钙半水合物重量比为0.2-2:1；
其中所述发泡石膏浆料中的硫酸钙半水合物转化为硫酸钙二水合物并凝固和干燥以形成所述发泡石膏产品，
其中由所述凝固和干燥的发泡石膏浆料得到的所述发泡石膏产品的密度为10至55磅/立方英尺，即160.18至881.02 kg/m3，
其中所述发泡石膏产品的总空隙体积为30至90体积％。
8.根据权利要求7所述的制备发泡石膏产品的方法，其中所述方法通过在现场的分批、半连续分批或连续处理或作为制造工艺的一部分来进行，其包含
混合所述铝化合物与水以形成明矾溶液；
将除所述铝化合物以外的成分与水混合以形成第一浆料；
使所述第一浆料和所述明矾溶液通过连接器导管的相应入口开口以在所述连接器导管中组合，以产生组合混合流，所述组合混合流从所述连接器导管通过排放开口排出；
在选自静态混合器或动态混合器的组合流混合器中混合所述组合混合流，以通过使全部或一部分的所述碳酸钙与所述铝化合物反应来活化所述部分的所述碳酸钙，以产生所述发泡石膏浆料；
将所述组合混合发泡流从所述组合流混合器转移到两个壁板之间的腔体；和
允许所述腔体中的所述发泡石膏浆料膨胀、硬化和干燥。
9.根据权利要求8所述的制备发泡石膏产品的方法，
所述连接器导管选自Y形连接器导管或T形连接器；
其中所述Y形连接器导管具有限定第一所述入口开口的第一侧入口管和限定第二所述入口开口的第二侧入口管和限定排放开口的排放管，其中所述Y形连接器导管第一侧入口管和所述第二侧入口管限定锐角，其中所述Y形连接器导管第一侧入口管和所述排放管限定第一钝角，其中所述Y形连接器导管第二侧入口管和所述排放管限定第二钝角；
其中所述T形连接器具有第一管和第二管，所述第一管具有与第二开口端相对的第一开口端，所述第二管与所述第一管连通并限定第三开口端，所述第一管垂直于所述第二管，其中所述第一、第二和第三开口端中的一个是第一入口开口，不是所述第一入口开口的所述第一、第二和第三开口端中的一个是第二入口开口，并且不是所述第一入口开口或所述第二入口开口的所述第一、第二或第三开口端是排放开口。
10.一种腔壁系统，其包含：
相对的板面板，其连接到包含螺柱的框架以在所述相对的板面板之间限定腔体；
位于所述腔体内的发泡石膏产品，其由凝固和干燥的发泡石膏浆料得到，所述凝固和干燥的发泡石膏浆料由水和石膏基组合物制成，所述石膏基组合物包含成分的混合物，基于100重量份成分在无水基础上，所述成分包含：
50至98重量％硫酸钙半水合物；
用于产生气体的化合物的组合，其选自：
- 1.5至50重量％碳酸钙和1.5至30重量％选自硫酸铝、硫酸铝钾及其组合的铝化合物的第一组合，用于产生CO2气体；和/或
- 1至10重量％沸石以及1至10重量％作为浓水溶液提供的过氧化氢和1至10重量％过碳酸钠Na2CaCO3·1.5H2O2组中的成员的第二组合，用于产生氧气；
0.1至10重量％纤维素增稠剂，
其中基于100重量份所述成分，所述成分进一步包含0.1至1重量％螯合剂；
所述发泡石膏产品的密度为10至55磅/立方英尺，即160.18至881.02 kg/m3，其中所述发泡石膏产品的总空隙体积为30至90体积％；
其中所述铝化合物或沸石是包封在壳中的粉末颗粒，用于当在所述混合期间对所述浆料中的所述粉末颗粒施加足够的剪切力时，控制释放所述粉末颗粒。
11.根据权利要求10所述的腔壁系统，其中所述成分包含所述碳酸钙和所述铝化合物。
12.根据权利要求10所述的腔壁系统，其中所述成分包含：
所述沸石和由过氧化氢的浓溶液和过碳酸钠Na2CaCO3·1.5H2O2组成的组中的所述成员，其中所述沸石包含天然沸石。
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