CN111868003A - 石膏面板、方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了石膏面板和制备石膏面板的方法。制备石膏面板的方法包括将石膏灰泥和卤化物盐螯合剂与水混合以形成石膏浆料，以及使该石膏浆料凝固以形成石膏芯的至少一部分，其中所述卤化物盐螯合剂以有效螯合所述石膏灰泥中存在的卤化物盐的至少一部分的量存在。石膏面板包括石膏芯，该石膏芯包含凝固石膏和卤化物盐螯合剂，其中所述卤化物螯合剂螯合所述石膏芯中存在的卤化物盐的至少一部分。

Description

石膏面板、方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2018年3月5日的美国临时专利申请号62/638,550的优先权权益，该临时申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
背景技术
本公开总体上涉及石膏面板和制造石膏面板的方法，并且具体地涉及其中石膏材料内的盐的影响已被减轻的石膏面板。
具有凝固石膏芯的面板长期以来被用作建筑物制造中的结构元件。这种面板(通常也称为“壁板”、“干式墙”或“石膏板”)通常用于形成房间、电梯井、楼梯井、天花板等的隔板或墙壁，并且代表了常规石膏墙壁的成本更低且更快捷的替代品。
在其最常见的形式中，石膏壁板是通过将由煅烧石膏的含水浆料(通常是半水合硫酸钙的浆料)制成的固体石膏芯夹置在两片饰面材料(通常是厚纸或纤维垫，诸如玻璃纤维)之间而制成的。通过将煅烧石膏和其他成分的含水浆料连续沉积到两个饰面片材中的一个上，然后使第二个饰面片材与石膏浆料的自由表面接触以形成夹层状结构，从而高速连续地制造石膏壁板。
沉积在两个饰面片材之间的煅烧石膏浆料凝固(即，煅烧石膏与来自含水浆料的水反应)形成刚性板状结构。然后将如此形成的板切割成期望的长度(例如，八至十六英尺)的面板。如果这样形成的板含有过量的水(水不仅对于水合煅烧石膏是必需的，而且在板的制备期间确保石膏浆料的充分流动性也是必需的)，则板可以随后穿过干燥窑，在该干燥窑中除去过量的水，并且使石膏壁板达到最终水合但干燥的状态。在芯已被凝固并完全干燥之后，夹层结构变成刚性的耐火建筑材料。
然而，期望生产出在石膏芯与面板饰面材料之间具有改善的强度和/或改善的粘结的石膏面板。
发明内容
在一个方面，提供了一种制备石膏面板的方法，该方法包括将石膏灰泥和卤化物盐螯合剂与水混合以形成石膏浆料，以及使该石膏浆料凝固以形成石膏芯的至少一部分，其中所述卤化物盐螯合剂以有效螯合所述石膏灰泥中存在的卤化物盐的至少一部分的量存在。
在另一方面，提供了一种石膏面板，该石膏面板包括石膏芯，该石膏芯包含凝固石膏和卤化物盐螯合剂，其中该卤化物螯合剂螯合存在于石膏芯中的卤化物盐的至少一部分。
在另一方面，提供了覆板系统，包括本文所述的石膏面板中的至少两个。
附图说明
现参见附图，这些附图意在是示例性的而非限制性的，并且其中类似的元件被类似地编号。结合示出本公开的示例的附图来阐述具体的描述，其中使用相同的附图标号指示类似或相同的条目。本公开的某些实施方案可以包括附图中所示的那些以外的元件、部件和/或构型，并且在某些实施方案中，附图中所示的元件、部件和/或构型中的一些可能不存在。
图1是具有一个纸材料饰面的石膏面板的剖视图。
图2是具有两个纸材料饰面的石膏面板的剖视图。
图3是生产石膏壁板的方法的示意图。
图4是建筑物覆板系统的透视图。
图5是示出实施例1的湿粘结测试的结果的图。
图6是示出实施例2的湿粘结测试的结果的图。
图7是示出实施例2的拔钉测试的结果的图。
图8是示出实施例3的离子色谱测试的结果的图。
图9是示出实施例3的离子色谱测试的结果的图。
图10是示出实施例4的离子色谱测试的结果的图。
图11是示出实施例5的离子色谱测试的结果的图。
图12是示出实施例6的湿粘结测试的结果的图。
图13是示出实施例6的湿粘结测试的结果的图。
具体实施方式
本文提供了石膏面板和面板系统以及它们的制造方法。面板显示出在石膏芯与面板饰面材料之间的改善的强度和/或改善的粘结。特别地，面板可以显示出在石膏芯与纸饰面材料之间的相对较高的粘结强度。
用于形成石膏面板的生石膏从各种天然来源以及烟气脱硫(FGD)(也称为副产物或合成石膏)获得，后者从电力公司获得。因此，石膏的化学组成在不同来源之间可能有很大的不同。已经发现，化学组成的这些差异会导致所得面板性能的差异，包括芯与饰面材料之间的强度和粘结。特别地，已经发现石膏中盐的存在可能会对这些区域中的面板性能产生负面影响。本公开涉及减轻盐对这些性能特征的影响的方法。特别地，本公开涉及通过将卤化物盐螯合剂以有效螯合石膏灰泥中存在的任何盐的至少一部分的量与石膏灰泥混合来制备石膏面板的方法，以及通过这些方法生产的面板和面板系统。
将详细描述制备石膏面板的方法以及所得面板。应当理解，尽管本公开的特征可以参考特定实施方案来描述，但是本公开意在涵盖在本文中未明确描述的任何数量的变化、更改、替换或等效布置，并且不应当限于此类明确公开的实施方案。
制备石膏面板的方法
在一个方面，提供了制备石膏面板以减轻石膏灰泥中存在的盐的影响的方法。在某些实施方案中，这些方法包括将石膏灰泥和卤化物盐螯合剂与水混合以形成石膏浆料，以及使石膏浆料凝固以形成石膏芯的至少一部分，其中所述卤化物盐螯合剂以有效螯合所述石膏灰泥中存在的卤化物盐的至少一部分的量存在。这些方法可以用于生产具有本文所述的任何特征或特征组合的石膏面板。
如本文所用，短语“卤化物盐螯合剂”是指有效捕获或粘结卤化物盐的卤离子(例如氯离子、氟离子、溴离子)以使其失活的材料。例如，卤化物盐可包括氯化钠(NaCl)、氯化钙(CaCl2)、氯化钾(KCl)、碘化钾(KI)、氯化锂(LiCl)、氯化铜(II)(CuCl2)、氯化银(AgCl)。例如，卤化物盐螯合剂可通过任何合适的机理螯合卤离子。在某些实施方案中，卤化物盐螯合剂具有提供增加的表面积以捕获卤化物盐的多孔表面。
如本文所用，短语“以有效螯合石膏灰泥中存在的卤化物盐的至少一部分的量”是指使石膏灰泥中存在的卤离子的至少一些部分(如果存在)失活的试剂。例如，可以以有效螯合石膏灰泥中存在的至少25重量％的卤化物盐的量提供卤化物盐螯合剂。例如，可以以有效螯合石膏灰泥中存在的至少50重量％、至少75重量％、至少90重量％或至少95重量％的卤化物盐的量提供卤化物盐螯合剂。
在某些实施方案中，卤化物螯合剂是氧化铝(即，铝氧化物)、珍珠岩(含氧化硅和/或铝氧化物等化合物的无定形火山玻璃)或它们的组合。也可以使用有效螯合卤离子的其他合适材料。例如，氧化铝可以是活性氧化铝，其通过将氢氧化铝以产生具有相对较高的表面积与重量之比的高度多孔材料的方式脱羟基来制造。例如，氧化铝可具有约200m2/g或更大的表面积，诸如约300m2/g或更大的表面积。
在某些实施方案中，卤化物盐螯合剂包含按石膏灰泥的重量计以约0.01重量％至约10重量％的量存在的活性氧化铝。在一些实施方案中，活性氧化铝按石膏灰泥的重量计以约0.01重量％至约3重量％的量存在。氧化铝可具有相对较小的粒度，从而对于给定的材料质量增加了试剂的可用表面积。例如，氧化铝可具有小于约5mm的平均粒度，诸如小于约4mm、小于约2mm或小于约1mm的平均粒度。
在某些实施方案中，卤化物螯合剂包含按石膏灰泥的重量计以约0.01重量％至约10重量％的量存在的珍珠岩。在一些实施方案中，珍珠岩是珍珠岩矿石。在其他实施方案中，珍珠岩是膨胀珍珠岩。例如，珍珠岩矿石可具有小于30目(即，比其小的粒度)的平均粒度。例如，珍珠岩矿石可具有显示以下筛选分析(筛选尺寸；保留的最大范围和最小范围累积总重量百分比)的粒度范围：(16目；--/3；--/0)；(20目；7/15；0/5)；(30目；35/42；12/25)；(50目；95/98；75/80)；(100目；100/100；95/95)。例如，膨胀珍珠岩可具有小于约16目(即，比其更小)的平均粒度。例如，膨胀珍珠岩可具有显示以下筛选分析(筛选尺寸；保留的累积总重量百分比)的粒度范围：(8目；0)；(16目；1-11)；(20目；41-69)；(30目；68-88)；(50目；93-96)；(100目；96-100)。
在某些实施方案中，制造这些石膏面板的方法还包括在将卤化物螯合剂与石膏灰泥混合之前，加热卤化物螯合剂(例如，珍珠岩、氧化铝、未膨胀的铝氧化物)。例如，加热有效地使卤化物螯合剂的至少一部分膨胀或活化。即，该方法可包括形成膨胀珍珠岩或活性氧化铝的步骤。这种加热可以在石膏面板形成时联机或脱机进行，诸如在窑、釜、烘箱或其他合适的加热设备中进行。
如同在任何石膏壁板中一样，石膏浆料中除可能的水以外最大的单种成分是煅烧石膏的来源，通常是半水合硫酸钙，通常称为“灰泥”或“熟石膏”。通常，大量的煅烧石膏可用于制备石膏浆料。煅烧石膏通常占石膏浆料的约30重量％至约60重量％，诸如占石膏浆料的约40重量％至50重量％。然而，本公开不限于煅烧石膏的任何特定来源，并且可以使用由从采石场提取的天然矿物和由从发电厂烟气流出物(即FGD石膏)的脱硫产生的合成石膏(称为脱硫石膏)两者制成的煅烧石膏。也可以使用由天然石膏和合成石膏的组合制成的煅烧石膏。在水合和干燥后，凝固石膏通常占凝固石膏芯的超过85重量％。
无论是天然岩石还是合成的，石膏都可以被干燥、研磨、煅烧并作为灰泥储存，灰泥是半水合硫酸钙。灰泥制造的干燥步骤通常包括使粗石膏岩石通过回转窑以除去游离水分，然后使用例如辊磨机将岩石研磨至期望细度。然后通常在“煅烧炉”中加热经干燥、研磨的石膏(通常称为“石膏粉”)，以除去水合水，得到煅烧石膏，该煅烧石膏表现出与水化学反应并凝固形成刚性结构的宝贵特性。灰泥有两种形式，α半水合硫酸钙和β半水合硫酸钙。如本领域技术人员将理解的，这两种类型的灰泥通过不同的煅烧工序生产。本公开通常可以使用β或α形式的灰泥；但是，与常规石膏壁板生产中的情况一样，通常使用成本较低的β形式。
在某些实施方案中，在水的存在下，通常在“叶式”混合器中将煅烧石膏与卤化物盐螯合剂和任何其他添加剂混合，以形成石膏浆料。在一些实施方案中，将卤化物盐螯合剂与石膏灰泥干混合；然而，也可以使用其他处理。因此，含水石膏浆料至少包含石膏、水和卤化物盐螯合剂；然而，通常将使用其他添加剂。例如，可以使用工业上已知的任何合适的添加剂。例如，合适的添加剂可包括淀粉(诸如普通淀粉和预胶化淀粉)、降低石膏芯密度的试剂(诸如发泡剂、表面活性剂、微球)、分散剂、缓凝剂、促凝剂、杀生物剂(霉菌和霉垢控制剂)、填料、耐水添加剂(诸如蜡或蜡乳液或硅氧烷)、阻燃剂、增强纤维(诸如短切玻璃纤维或其他无机纤维)、强度增强剂(诸如三偏磷酸钠或聚合物粘结剂)以及它们的组合。
石膏浆料中还包含一定量的水，以确保浆料的适当流动性。向该过程中添加水以水合煅烧石膏，从而提供所需的流动性。与常规壁板生产中的情况一样，最终必须通过加热凝固石膏壁板将大部分这种水排出。因此，使用的水量越少，干燥成本越低。在某些实施方案中，水与煅烧石膏的重量比可以在宽泛的重量比(即，水的重量除以煅烧石膏的重量)范围内变化。在一些实施方案中，水与煅烧石膏的重量比(水：煅烧石膏)建立在约0.5：1至约1.5：1的范围内，诸如约0.7：1至约1.3：1。
石膏浆料可以在两层饰面材料之间形成为长连续片材。在另选的实施方案中，石膏浆料可放置在模具中。
图3中示意性地示出了根据本公开的用于制备壁板的一种方法。在该实施方案中，煅烧石膏与其他干燥组分一起进料到通常称为叶式混合器(未示出)的混合器类型的顶部。特别地，卤化物盐螯合剂和形成石膏浆料的任何其他任选地包含的干添加剂组分可以预混合，然后作为干混合物进料到叶式混合器。用于形成石膏浆料的水和其他液体成分(例如，使用高剪切混合单独制备并用于控制浆料密度的肥皂或泡沫)也通过其他端口定量到叶式混合器中，在那里它们与干组分混合以形成含水石膏浆料41，其从叶式混合器的排放导管40排出。在叶式混合器中的停留时间通常很短。
浆料通过排放导管40的一个或多个出口沉积到连续的、水平移动的下部饰面片材24上，该下部饰面片材包括饰面材料(例如，纸、纤维幅材)，该饰面材料可以比壁板的期望宽度略宽。下部饰面片材24和沉积的石膏浆料41沿箭头B的方向移动。上部饰面片材22(也包括诸如纸的材料)从辊(未示出)沿箭头C的方向进料并施加到石膏浆料41的上表面。然后将浆料和相邻饰面片材的“夹层”通过模具或其他成型装置(辊、引导件或板(50和52))，以形成所需宽度和厚度的石膏板。沉积的浆料量可以本领域已知的方式控制，使得它与面板50和52以及饰面片材22和24一起形成所需宽度和厚度的板。饰面片材22和24通常是一种类型的纸，诸如通常用于壁板产品的饰面片材的多层纸，或者是一种纤维幅材，诸如玻璃纤维，但是也可以使用其他饰面材料。
下部饰面片材24从辊(未示出)进料。在一些实施方案中，在接收石膏浆料41之前，下部饰面片材24可以由一个或多个刻痕装置刻痕，从而允许下部饰面片材24的边缘向上折叠并且围绕沉积的石膏浆料。然后，根据本领域已知的方法，这些边缘可以用石膏浆料胶合或粘附到上部饰面片材22的重叠部分。在将(上部)饰面片材22施加到石膏浆料的上表面之前，可沿着饰面片材的将重叠折叠垫边缘并与该折叠垫边缘接触的部分将胶水施涂到饰面片材(胶水施涂未示出)。
在某些实施方案中，石膏芯包括依次施涂到玻璃纤维垫上并允许其依次或同时凝固的多个层。在其他实施方案中，石膏芯包括单层。尽管未示出，但是本公开还设想，在某些实施方案中，少量的石膏浆料可以通过适当的出口排出，以在饰面片材22和24的内表面上提供相对较薄的石膏浆料层。薄的石膏浆料层比用于形成凝固石膏芯的主要部分的石膏的含水浆料(通过出口40排出以形成石膏浆料层的主芯浆料)稍微稠密。芯的该较高密度区域(也称为“板岩涂层”)旨在帮助在芯的较低密度部分与饰面片材之间形成牢固的粘结，诸如通过渗透到纤维饰面材料的间隙中。
在一些实施方案中，用于形成板岩涂层的浆料的密度比用于形成凝固石膏芯的主要部分的浆料的密度高约18％至20％。在某些实施方案中，沉积石膏浆料包括将具有约88pcf至约98pcf的湿密度的第一石膏浆料沉积到玻璃纤维垫的表面、第一石膏浆料上。在某些实施方案中，第一石膏浆料具有约93pcf至约96pcf的湿密度。在一些实施方案中，石膏芯包括至少三个石膏层，其中石膏芯的最外石膏层(即，与饰面垫形成界面的层)是板岩涂层。在某些实施方案中，两个最外层都具有相对较高的密度，或者以其他方式进行了化学改变以增强渗透性。因此，第三石膏浆料可具有约88pcf至约98pcf或约93pcf至约96pcf的湿密度。在某些实施方案中，第一石膏浆料(或每个最外石膏浆料层)以石膏芯的约5重量％至约20重量％的量沉积。另外，还可以设想，在一些实施方案中，这种较高密度的石膏浆料中的一些还可用于在饰面片材的每个边缘处形成石膏浆料流，以形成壁板的硬边缘。
在所示的实施方案中，新生板16然后沿箭头D的方向在辊或传送装置54上行进若干分钟。在这段时间期间，通过水合灰泥使浆料凝固并形成硬化的石膏芯。在该凝固过程中，随着石膏矿物质(二水合硫酸钙)的形成，芯变得坚硬。
然后将壁板切割成一定长度，翻转并干燥，诸如在连续烘箱中或通过使材料在室温凝固(即，自硬化)。然后，可以将各个板成对地面对面地用胶带粘贴，并堆叠起来以便运输。对于模塑制品，可替代地将石膏浆料直接引入模具中，并且浆料凝固以形成制品。
如上所述，在某些实施方案中，浆料包含比仅由灰泥重构石膏所需的更多的水。在板形成阶段中使用这种额外的水以充分降低灰泥浆料的粘度，以使其以所需厚度在饰面片材之上和之间均匀分布(例如，通过使用成形辊)。由于使用了过量的水，石膏板在水合后仍保持湿润(尽管此时可以将板切割成所需的尺寸)。因此，最终可以干燥所形成的板。
在某些实施方案中，干燥操作包括通过在湿石膏板周围循环热空气(例如，在干燥烘箱中)来施加热量以蒸发过量的水。因此，可能需要使饰面片材具有足够的孔隙，以允许这些过量的水容易地蒸发而没有不利影响，诸如饰面片材的分层、撕裂、破裂等。饰面片材允许水蒸气逸出的能力也可以促进均匀的干燥度。这可以改善板的整体质量，因为未充分干燥的石膏板存在储存问题，而过度干燥会导致煅烧并引起机械强度降低。典型的干燥条件可包括将环境温度或周围热空气温度保持在200°F至600°F(约95℃至315℃)持续10分钟至2小时的干燥时间。例如，在每分钟约70至约600线性英尺的线速度下，可使用约30分钟至约60分钟的干燥时间。然而，这些参数是示例性的，并且受板生产线的特定配置影响。
常规石膏壁板(标称厚度为1/2英寸或5/8英寸)通常以每1,000平方英尺(MSF)板约1200磅至2000磅(每千平方米约5,900kg至约9,800kg)的重量制备。这对应于约38lb/ft3至约43lb/ft3(约0.61g/cc至0.69g/cc)的板密度。根据本公开制备的石膏壁板可具有此类相对较高的重量和密度，或者可具有相对于标准壁板降低的密度。例如，将每块石膏壁板的重量减少30磅/MSF可节省大量资金。例如，通过调节泡沫在石膏浆料中的比例，本公开的凝固石膏芯可具有比市售石膏产品低得多的密度。在某些实施方案中，本公开的标称厚度为1/2英寸的石膏壁板具有每MSF板约1000磅至1300磅的重量。这对应于约24lb/ft3至约31lb/ft3(约0.38g/cc至0.50g/cc)的密度。
在某些实施方案中，石膏芯包含约80重量％或以上的凝固石膏(即，完全水合的硫酸钙)。例如，石膏芯可包含约85重量％的凝固石膏。在一些实施方案中，石膏芯包含约95重量％的凝固石膏。
在本文中也可互换地称为“饰面材料”或“饰面垫”的饰面片材可包含已知适合于饰面石膏板的任何纤维材料。特定材料包括纸，例如重的、单层或多层纸(例如，中或重的牛皮纸、马尼拉纸等)和纸板。例如，用于石膏板产品的饰面片材的多层纸可具有每MSF 40磅至65磅的基重，250微米至350微米的总厚度，15秒至145秒的格利孔隙率。在一些实施方案中，不同类型的纸用于每个石膏板表面。例如，马尼拉纸可以用在一侧上，而新闻纸(newsliner)可以用在相反侧上。
纸和纸板饰面材料可以由回收纤维(例如，用过的瓦楞纸、牛皮纸屑或废新闻纸)制成，但它们也可以部分或全部由天然纤维制成。也可以使用其他天然或合成纤维材料，包括来源于金属或玻璃的那些材料(例如，玻璃纤维垫、短切或连续股垫或玻璃粗纱，无论是织造的还是非织造的)。用于饰面片材的其他有用材料包括形成长丝的合成有机聚合物(例如，尼龙、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、人造丝和纤维素)、陶瓷、棉、布、毛发、毡等。纤维垫可以用树脂粘结剂粘结或涂覆。也可以使用多层纤维材料，例如玻璃垫和牛皮纸的复合材料片材。
在某些实施方案中，可以在垫饰面的外表面和/或内表面上涂覆一个或两个垫饰面，以提供面板和/或饰面的附加性能特征。
已经发现，将卤化物盐螯合剂掺入石膏浆料中能够有效地从所得的凝固石膏组合物中除去盐，诸如氯化物盐，以降低这些盐对所得的石膏面板性能的影响。特别地，已经发现可以将这些试剂添加到具有高氯化物盐含量的石膏组合物中，并且饰面与芯的粘结强度返回到不存在氯化物盐的预期性能水平。例如，这些组合物可以特别用于具有纸饰面的面板，因为卤化物盐螯合剂可以降低盐对纸与芯的粘结强度的影响。例如，本公开的石膏面板可显示出至少约12磅/力的纸饰面与芯的湿粘结强度。
与从石膏材料中洗涤盐含量并处置高盐含量水的另选方法相比，本公开允许将盐螯合在卤化物盐螯合剂内，将盐捕获在壁板内。这样，据信本公开降低了石膏清洁过程的环境影响。
石膏面板和系统
本文还提供了石膏面板和这种面板的系统。石膏面板可被制造为具有本文所述的任何性质或可通过任何方法制造。在某些实施方案中，石膏面板包括石膏芯，该石膏芯包含凝固石膏和卤化物盐螯合剂，其中卤化物螯合剂螯合石膏芯中存在的卤化物盐的至少一部分。例如，这样的面板可以显示增强的强度和饰面粘结特性。
在某些实施方案中，如图1所示，石膏面板100包括具有第一表面和第二相反表面的石膏芯101，以及与石膏芯101的第一表面相关联的第一饰面垫104，使得石膏芯的石膏渗透和/或粘附到第一饰面垫104的至少一部分。为了便于说明，各种层在附图中示出为分离的层；然而，应当理解的是，这些材料的重叠可以发生在它们的界面处。
在某些实施方案中，如图2所示，石膏芯101包括两个或更多个石膏层102、108。例如，石膏芯可以包括具有不同组合物的各种石膏层。在一些实施方案中，与饰面垫104接触的第一石膏层102是板岩涂层，如上所讨论的。在一些实施方案中，第一石膏层102按重量计以石膏芯101的约5重量％至约20重量％的量存在。在某些实施方案中，如图2所示，石膏面板100包括与石膏芯101相关联的两个饰面材料垫104、112。
如上所讨论的，面板可具有约1/4英寸至约1英寸的厚度。例如，面板可以具有约1/2英寸至约5/8英寸的厚度。
本文还提供了建筑物覆板系统，其包括至少两个本文所述的石膏面板，包括本文所述的面板的任何特征或特征的组合。例如，石膏面板可各自包括包含卤化物盐螯合剂的石膏芯。在某些实施方案中，如图4所示，建筑物覆板系统包括至少两个石膏面板300和被构造成在至少两个石膏面板300之间的界面处提供接缝的接缝部件320。在某些实施方案中，接缝部件包括胶带或粘结材料。
实施例
根据以下实施例制造和测试由如本文所公开的包含卤化物盐螯合剂的石膏浆料形成的石膏面板。
实施例1
样品石膏板根据以下过程制造。1.收集四个4英寸×4英寸×0.5英寸的模具，将它们布置成两行两列，并且将纸以粘结面朝上的方式放置在它们中。2.称量并手动混合所有干燥材料(例如，灰泥、淀粉、CaCl2、实验添加剂等)，通常450g干燥材料就足够了。3.在单独的容器中，称量并混合湿材料，直到均匀(例如，水、分散剂)。4.在单独的容器中，从泡沫发生器收集泡沫(1％肥皂溶液)，然后将所需量的泡沫转移到其自己的容器中。5.通过将所有干混合物的内容物倒入湿混合物溶液中来开始混合，然后使用高剪切混合器将它们以1352RPM的速度混合5秒钟，或者直到浆料均匀且没有结块。6.将浆料倒入泡沫容器中，并用高剪切混合器混合5秒钟，轻轻旋转并摇晃容器，使泡沫混合成浆料。7.将浆料倒入模具中。8.适时地使用6英寸或更大的刮刀通过以一个动作轻轻地刮过模具而从模具顶部擦去多余的浆料。9.将纸的粘结面粘附到浆料的暴露表面。10.将12英寸×12英寸的玻璃放在模具的顶部上。在混合之前，确保玻璃均匀且没有碎屑。11.允许5至10分钟使浆料凝固。12.卸下板并记录重量。样品的重量应彼此一致。13用铝箔包裹，并在104℃的对流烘箱中放置30分钟。14.转移到110°F的对流干燥器，保持约16小时。15.记录重量。
为了评估活性氧化铝卤化物盐螯合剂减轻通常观察到的由于盐的存在而引起的湿粘结强度降低的效果，根据表1中的以下组成制备样品板。
Figure BDA0002664919970000111
表1：实施例1实验石膏板配方
在制造样品之后，根据以下测试程序对它们进行湿粘结力测试。1.一旦样品在100°F干燥约12小时后，就通过在环境气氛中放置30分钟进行预调理。2.将调理柜设置为90％相对湿度和90°F。3.在放置在调理柜中之前，使用湿粘结夹具对样品从样品上的边缘划1.25英寸。4.一旦达到条件后，就每隔10分钟将一组6个样品放入调理柜中。5.一旦从第一组开始经过一个小时后，就取出第一组样品。6.沿着划痕卡住板，确保不剥离任何纸。7.放置在United Tester上的湿粘结测试设备中。8.测试并记录湿粘结，单位为lbs/F。9.检查并记录粘结失败百分比。
相应地测试样品，结果示于下表2中，并在图5中用图形表示。
Figure BDA0002664919970000121
表2：实施例1湿粘结测试结果
如这些结果所示，对于含氯化钙的样品，较大量的活性氧化铝负载导致湿粘结强度增加，而15lb/msf的活性氧化铝负载显示出与其他不含盐的相同样品相当或更好的湿粘结强度。
因此，通过本文公开的方法制备的石膏面板可以显示出在上述湿粘结测试中测得的平均磅/力为由不具有或具有可忽略的石膏盐含量的另外相同的板所显示的强度的80％至100％或更大。
实施例2
接下来，将实施例1中描述的台式模型板与按照标准板尺寸(即，全尺寸)和性能制成的样品板进行比较，以确定卤化物盐螯合剂的影响是否扩大到全尺寸板。在这些板上进行上述的湿粘结测试，并根据以下方法进行拔钉测试。1.一旦样品在100°F干燥约12小时后，就在环境气氛下进行预调理，直到达到恒重。2.记录重量。3.用钻床在每个样品的中心钻一个直径为7/64英寸的孔。4.将样品放置到United Tester的测试平台上，该平台中间的3英寸直径孔在测试样品的中间。5.下部钉柄靠近样品的7/64英寸孔，但不接触。6.将负载指示器归零并开始测试。7.以磅/力为单位记录拔钉阻力。
对于台式和标准尺寸板，湿粘结测试和拔钉测试的比较结果分别在图6和图7的图中示出。可以看出，全尺寸板显示出与台式板样品观察到的相同的趋势。即，随着全尺寸板的盐含量降低(即，通过增加盐螯合剂的添加)，湿粘结性能和拔钉性能提高。
实施例3
接下来，使用离子色谱法研究了活性氧化铝对天然石膏和FGD样品中氯化物浓度的影响。
首先，根据以下程序煅烧石膏/FGD材料。1.检查石膏/灰泥的初始总水量百分比。如果样品为22％-27％，则在对流烘箱中于100°F干燥过夜，以达到17％-19％的总水量。2.将对流烘箱设定为330°F(165℃)，并使其达到设定点。3.在宽锅或砂锅盘中将石膏均匀地铺开成薄层，约2-3英寸厚。4.将锅放在烘箱中。5.每隔10分钟，移出锅并搅拌石膏，以确保均匀干燥，然后将其返回烘箱。6.测量并记录总水量分析。7.一旦总水量达到4％-6％，就实现了煅烧。
接下来，根据以下程序制备样品板。1.收集两个4英寸×4英寸×0.5英寸的模具。2.一旦石膏煅烧成灰泥后，称重干燥材料(灰泥和/或实验添加剂)。3.在单独的容器中，称出水量。4.将干燥材料倒入水性溶液中，并使用高剪切混合器混合5秒钟，直到均匀。5.将浆料倒入模具中。6用箔纸包裹，并在104℃的对流烘箱中干燥30分钟。7.转移到设定为100°F的对流干燥器过夜。8.使用碎石机和粉碎机将样品研磨成粉末。
接下来，根据以下程序测试样品的盐(钠和氯化物)含量。1.将10克所制备的样品放入250ml烧杯中(样品一式两份进行测试)。2.向每个烧杯中添加100ml去离子水。3.将样品在低温下煮20分钟(使用热板)。4.偶尔搅拌。5.在按指示加热样品后，通过大漏斗将每个烧杯的全部溶液真空过滤到500ml锥形瓶中。6.用去离子水洗涤搅拌棒和烧杯。7.使滤液冷却。8.使用50ml带刻度的量筒量取50ml溶液。9.将溶液倒入100ml容量瓶中。10.用去离子水彻底冲洗量筒，并倒入容量瓶中。11.用去离子水填充容量瓶至刻度线。12.彻底混合溶液。13.一旦在制备溶液并运行标准品后，将样品放入离子色谱仪中。14.运行氯化物，然后运行钠盐，得到总盐量结果。
这些对各种样品制剂的测试结果示于下表3中，并在图8中用图形表示。
Figure BDA0002664919970000141
表3：实施例3实验结果
从图8中可以看出，与天然存在的石膏相比，FGD显示出高盐含量。将天然存在的灰泥与氯化钙混合，以模拟实验室中天然存在的高或低盐含量的影响。活性氧化铝的存在增加导致可检测到的氯离子浓度相应降低。
接下来，使用离子色谱法测试了各种量的活性氧化铝对混合有低(600ppm)和高(1800ppm)浓度的氯化钙的灰泥和对具有相对较高盐含量的FGD、对总盐含量的影响。结果示出在下表4中并且以图形方式示出在图9中。
Figure BDA0002664919970000151
表4：进一步的实施例3实验结果
可以看出，在天然灰泥中的低盐浓度和高盐浓度两者下，活性氧化铝都能有效减少离子色谱法中发现的盐量。同样，在FGD样品中，大量的活性氧化铝会减少样品中鉴定出的盐量。
实施例4
接下来，如先前实施例中所述，通过IC分析测试了活性氧化铝盐螯合剂的粒度(4.7mm与0.7mm)的影响。实验结果示出在下表5-7中，并且以图形方式示出在图10中。
Figure BDA0002664919970000152
表5：实施例5实验结果
Figure BDA0002664919970000161
表6：进一步的实施例5实验结果
Figure BDA0002664919970000162
表7：进一步的实施例5实验结果
可以看出，尽管所有含有活性氧化铝的样品都有效降低了样品中盐含量的影响，但是较小粒度的活性氧化铝甚至更有效，这被认为是由于其单位质量表面积的增加。
实施例5
另外，通过离子色谱法测试了含有膨胀和未膨胀(原始)形式的珍珠岩的卤化物盐螯合剂对盐浓度的影响。实验配方如下表8所示。
Figure BDA0002664919970000163
Figure BDA0002664919970000171
表8：实施例5配方
如在先前的实施例中，将灰泥与CaCl2混合，以达到1800ppm的高盐浓度，然后将其制成板，然后研磨用于IC。将FGD干燥至总水量为4％-6％，制成板，然后研磨用于IC。
这些样品的离子色谱结果示于下表9中，并以图形方式示于图11中。
Figure BDA0002664919970000172
表9：实施例5的离子色谱结果
可以看出，珍珠岩的未膨胀形式和膨胀形式都可以有效减少样品中盐的影响。
实施例6
根据表10概述的配方，进一步制造了使用珍珠岩作为卤化物盐螯合剂的样品。
Figure BDA0002664919970000173
Figure BDA0002664919970000181
表10：实施例6的实验配方
Figure BDA0002664919970000182
表10，续：实施例6的实验配方
在这些样品上进行湿粘结测试，结果示出在下表11和表12以及图12和图13中。
Figure BDA0002664919970000191
表11：珍珠岩组合物的湿粘结测试结果
湿粘结 标准误差
净灰泥 15.5 0.2836
高盐灰泥 13 0.3494
高盐灰泥+5#膨化珍珠岩 14.4 0.3134
高盐灰泥+15#膨化珍珠岩 10.8 0.3257
净灰泥+5#膨化珍珠岩 14.6 0.3522
净灰泥+15#膨化珍珠岩 15 0.502
表12：珍珠岩组合物的湿粘结测试结果
可以看出，与其中不存在盐螯合剂的石膏面板相比，膨胀珍珠岩在减轻盐的影响方面是有效的，从而改善了石膏芯与纸饰面之间的粘结强度。
因此，已经发现，利用某些盐螯合剂可以减轻各种形式的石膏中存在的盐的负面影响。通过使用有效螯合石膏灰泥中存在的任何盐的至少一部分的量的卤化物盐螯合剂，可以改善面板强度和芯-纸饰面粘结强度。
虽然已经结合多个实施方案描述了本公开，但本领域的技术人员应当理解，本公开不限于此类所公开的实施方案。相反，本发明可以被修改以结合本文未描述但与本发明的实质和范围相称的任何数量的变型、更改、替代或等效布置方式。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施方案，但应当理解，本发明的各方面可以仅包括所述实施方案中的一些。因此，不应将本发明视为受前述说明的限制，而只受所附权利要求书的范围的限制。

Claims (34)

1.一种制备石膏面板的方法，包括：
将石膏灰泥和卤化物盐螯合剂与水混合以形成石膏浆料；以及
使所述石膏浆料凝固以形成石膏芯的至少一部分，
其中所述卤化物盐螯合剂以有效螯合所述石膏灰泥中存在的卤化物盐的至少一部分的量存在。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述卤化物盐螯合剂包含氧化铝或珍珠岩。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述卤化物盐螯合剂包含按所述石膏灰泥的重量计以约0.01重量％至约10重量％的量存在的活性氧化铝。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述活性氧化铝按所述石膏灰泥的重量计以约0.01重量％至约3重量％的量存在。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述活性氧化铝具有小于5mm的平均粒度。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述活性氧化铝具有小于1mm的平均粒度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述卤化物螯合剂包含按所述石膏灰泥的重量计以约0.01重量％至约10重量％的量存在的珍珠岩。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述珍珠岩是珍珠岩矿石。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述珍珠岩矿石具有小于30目的平均粒度。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述珍珠岩是膨胀珍珠岩。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述膨胀珍珠岩具有小于16目的平均粒度。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述卤化物螯合剂与所述石膏灰泥混合之前加热所述卤化物螯合剂。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述加热有效地使所述卤化物螯合剂的至少一部分膨胀或活化。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括将饰面材料与所述石膏浆料或所述石膏芯相关联。
15.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述石膏浆料沉积到饰面材料上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述饰面材料包括纸饰面材料。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述石膏面板显示出至少约121bs/f的纸饰面与芯的湿粘结强度。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述石膏灰泥包含从天然来源或从烟气脱硫过程获得的石膏。
19.一种石膏面板，所述石膏面板通过根据权利要求1至18中任一项所述的方法制备。
20.一种石膏面板，包括：
石膏芯，所述石膏芯包含凝固石膏和卤化物盐螯合剂；
其中所述卤化物螯合剂螯合所述石膏芯中存在的卤化物盐的至少一部分。
21.根据权利要求20所述的石膏面板，其中所述卤化物盐螯合剂包含氧化铝或珍珠岩。
22.根据权利要求20所述的石膏面板，其中所述卤化物盐螯合剂包含按所述凝固石膏的重量计以约0.01重量％至约10重量％的量存在的活性氧化铝。
23.根据权利要求22所述的石膏面板，其中所述活性氧化铝按所述凝固石膏的重量计以约0.01重量％至约3重量％的量存在。
24.根据权利要求22所述的石膏面板，其中所述活性氧化铝具有小于5mm的平均粒度。
25.根据权利要求22所述的石膏面板，其中所述活性氧化铝具有小于1mm的平均粒度。
26.根据权利要求20所述的石膏面板，其中所述卤化物螯合剂包含按所述石膏灰泥的重量计以约0.01重量％至约10重量％的量存在的珍珠岩。
27.根据权利要求26所述的石膏面板，其中所述珍珠岩是珍珠岩矿石。
28.根据权利要求27所述的石膏面板，其中所述珍珠岩矿石具有小于30目的平均粒度。
29.根据权利要求26所述的石膏面板，其中所述珍珠岩是膨胀珍珠岩。
30.根据权利要求29所述的石膏面板，其中所述膨胀珍珠岩具有小于16目的平均粒度。
31.根据权利要求20所述的石膏面板，还包括与所述石膏芯相关联的饰面材料。
32.根据权利要求31所述的石膏面板，其中所述饰面材料包括纸饰面材料。
33.根据权利要求32所述的石膏面板，其中所述石膏面板显示出至少约121bs/f的纸饰面与芯的湿粘结强度。
34.一种建筑物覆板系统，其包括至少两个根据权利要求20至33中任一项所述的石膏面板。
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