CN1738780A - 增强壁板 - Google Patents

Abstract

从浆液制备增强壁板芯体，该浆液包含β－半水合硫酸钙、不同于CMC的纤维素醚添加剂和一定量水的混合物，该量足以形成浆液，该浆液导致壁板的密度小于0.8g/cc。β－半水合硫酸钙通过水而水合，形成由纤维素醚添加剂增强的壁板芯体。与具有相同的密度未增强的壁板相比，所选择的分子量为至少约20,000、粘度等级为至少约100cps的纤维素醚给增强壁板芯体带来改善的起钉阻力和更大的挠曲强度。该增强壁板芯体可用于例如减少了纸的壁板和/或轻质壁板。

Description

增强壁板

相关申请

此申请要求于2002年11月12日提交的美国临时申请60/425,924的权益，通过引用而将其全部的内容结合在此。

技术领域

本发明领域为用于建筑中的壁板，包括纸面壁板、无纸壁板、遮盖板、防水板、X型板、绝缘板、轴衬、拱腹板(soffit board)、背板、芯合板、天花板、石膏玻璃垫板，及制造这种壁板的方法。

技术背景

在这里也称为纤维素衍生物的改性纤维素被用在熟石膏及接缝化合物中作为增稠剂(或按某种方式改变其流变行为)，以及改进石膏基化合物的可加工性。已知纤维素醚改进石膏基接缝化合物及花砖胶粘剂的某些其它性能，包括稠度、粘合性及保水性。然而，这些性能中的某些，特别是增稠被认为对壁板的生产不利。壁板是从连续混合并进料到皮带上面的浆液形成的。因此，满意的是用于制造壁板的浆液比熟石膏更稀。

通常，在与水混合前，少量如小于0.25重量％的纤维素醚被加入到熟石膏或接缝化合物的干组分中，所述干组分可以是与石膏基化合物不同的石灰石基化合物。这往往会在某种程度上增加熟石膏或接缝化合物的强度，并提供满意的增稠性。但是，添加大于0.25重量％的纤维素醚，特别是高粘度等级(纤维素醚在水中浓度为2重量％下所测量的纤维素水溶液的粘度)的纤维素醚往往会降低石膏基产品的强度。参见Udo Ludwig和N.B.Singh，Il Cemento，v.1(1979)39-50，及Felix Brandt和Dirk Basbach，Journal of Crysal Growth，v.233(2001)837-845，报道了通过加入高粘度等级的纤维素醚，如甲基纤维素，不利地影响石膏晶体及强度的发展。因此，在商业熟石膏中通常避免添加大量的纤维素醚。

这里所使用的壁板也指以下产品，如遮盖板、防水板、X型板、绝缘板、轴衬、拱腹板、背板、芯合板、天花板、石膏玻璃垫板及无纸壁板，通常壁板是通过如下方法制备的：将脱水的无机材料如烧石膏或灰泥与水混合，将所得到的浆液倾倒入模具、成型物或片材中，在其中进行水合、硬化和干燥。烧石膏粉(半水合硫酸钙和/或硫酸钙无水石膏)通常与水及小于1重量％的多种添加剂如促进剂混合。烧石膏粉在水中的溶解及所导致的水合反应引起石膏晶体(二水合硫酸钙)的结晶，形成壁板芯体。多层面板的使用通常与壁板芯体的形成相结合。这通常伴随着通过温和的加热以去除剩余的游离(未反应的)水，从而得到面板与石膏芯体相粘合的干燥的产品。

Lukevich等人(WO 99/54265)公开了一种通过挤出α-石膏糊料(利用α-半水合硫酸钙)来生产成型石膏产品的方法。已知α-石膏的凝固与干燥缓慢；因此，Lukevich等人利用相差不多化学计量的α-石膏与水的结合制备可挤出的糊料；然而，加入了粘土流变性改进剂及甲基纤维素粘结剂来降低易碎性(第1页第4段)。所得组合物为具有相差不多的化学计量组成的水与α-石膏的可挤出的糊料，而不是浆液。

因此，Lukevich等人教导不要使用β-半水合硫酸钙，因为使用它会需要超过由Lukevich所教导的化学计量限制的过量的水，以形成可以被挤出及需要干燥步骤的浆液(第1页第3段)。另外，对含有作为流变性改进剂的粘土及作为粘结剂的纤维素醚的接近干燥且非流体性糊料的挤出得到一种熟石膏产品，与通过使用β-半水合硫酸钙与水的浆液而制备的壁板芯体相比，该产品的密度大得多，且微观结构极为不同。

于1996年1月9日授与Morris等人的美国专利5,482,551中公开了一种具有高断裂模量的石膏基挤出建筑材料，及挤出加工所述建筑材料的方法。Morris等人教导了一种相对于干组分具有低份数水的配方，所述的干组分包括石膏、粘土、珍珠岩、粉末乙基纤维素粘结剂/流变助剂及纤维化的纤维素纸张，使混合物成为使断裂湿模量最大化的易碎半干的可挤出组合物。Morris等人教导到挤出的墙板必须具有足够高的湿强度以自我支撑。

然而，如同Lukevich的挤出建筑材料，Morris等人的挤出建筑材料太紧密了，以致于不能在商业上用作壁板。即使是使用轻质珍珠岩(16％重量的干组分)的基本内含物及接近Morris等人所允许的最大的水∶石膏值之比(0.8)，产品的密度仍然为54.8pcf(0.88g/cc)。典型的密度为约69pcf(1.1g/cc)。这些密度对商业壁板的生产是不可接受的，因为与普通的壁板相比，壁板增加的重量会显著增加交通、处理及安装成本。

石膏基壁板主要被用作具有足够的压缩强度、起钉阻力(nail pullresistance)、挠曲强度及良好的耐火性的便宜及可容易成型的遮盖物。但是，与其它的现代建筑材料相比，即使普通的石膏基壁板产品也是重的，与竞争产品相比较，此额外增加的重量加大了石膏基建筑材料生产、运输、安装及处理的成本。因此，需要的是在保持石膏基壁板有益品质的同时，通过降低石膏基壁板的重量来降低安装壁板片材的总成本。

还有，普通壁板的强度主要与涂覆到石膏基浆液上，通常为定向纤维的覆饰(facing paper)及多层覆饰的强度有关，在连续成型工艺中该石膏基浆液形成壁板的芯体。对于密度为约0.6g/cc的1/2英寸壁板，约二分之一的起钉阻力和三分之二的挠曲强度是由纸面板提供，这也占据制造成本的40％。在处理任何类型的拉伸负荷时芯体通常格外差。

其它人进一步通过向普通材料中添加孔隙结构和/或低密度的多孔填料(例如珍珠岩)来降低芯体的重量。添加这种孔隙结构或填料会降低芯体的密度，同时也降低壁板的强度。石膏板的强度随密度急剧下降。例如，从图3中可以看出，对于覆纸的(papered)或未覆纸(unpapered)的1/2英寸石膏壁板，起钉阻力随密度显著降低。

通常，强度损失的比例不是仅与密度的下降成比例，而且，与完全紧密的石膏壁板芯体相比，所述壁板芯体的强度-重量比随孔隙结构和/或低密度填料如珍珠岩的加入而降低。所得壁板的挠曲强度可以是可接受的，只要多层面板的强度足以抵消芯体的任何弱化，和降低的芯体密度不导致破坏模式从面板的拉伸破坏变为芯体的粉碎破坏即可。然而，随这种孔隙结构的加入，所述壁板的起钉阻力降低，原因在于增加的孔隙率快速地降低了芯体的耐破碎性和致密性。因此，主要取决于芯体起钉阻力的壁板起钉阻力变成为具有面板覆盖的低密度芯体的壁板的限制性评判标准。对于无纸的壁板芯体，挠曲强度可以是限制性的破坏评判标准，因为未增强的石膏壁板芯体在挠曲强度测试中对抗拉伸负载分量(tensile loadcomponents)具有很低的抵抗力，如果存在的话。

为了保持总的芯体强度，另一种补偿由于较低密度替代物(例如多孔性珍珠岩或空气孔)的引入而代替部分凝固石膏基材的方法是增加凝固石膏的强度至高于正常水平。已引入多种添加剂，例如纤维素颗粒和纤维，以进一步改进胶结产品的机械性能。在需要高防火性的应用领域中，更昂贵的玻璃纤维被用于代替木材，例如起重机的轴衬。但是，传统的纤维，特别是玻璃纤维与石膏基材的粘合不好，并降低石膏浆液的可加工性，由此限制了对芯体强度的可能的改进。玻璃纤维也易碎，在板的处理、安装或毁坏期间容易迁移，从而引起对皮肤或呼吸道的刺激。

新近，人们对通过向芯体材料中加入聚合物和/或淀粉来改进建筑材料的强度及耐磨性的兴趣日益增加，虽然淀粉通常不被认为是强度增强剂。通过向胶结材料中添加胶乳或其它增强聚合物，已经发现了在强度-重量上有适度的改进、含有水分散性聚合物的胶结复合材料。

但是，迄今为止仍存在几项独特的挑战限制着聚合物增强胶结产品成为相对昂贵合适产品的商业化。例如，起钉阻力可随着某些有机添加剂的加入而降低，或起钉阻力的提高会要求聚合物的浓度大于5重量％，而这样会导致诸如易燃性、降低的可熄灭性、商业上壁板成本不可接受性，以及感霉性之类的问题。因此，存在着为时甚久且尚未解决的对这样一种添加剂的需求：其既可以增加壁板芯体的起钉阻力，又可增加其挠曲强度，并可降低其芯体密度。

纤维素是由单个的脱水葡萄糖单元通过糖苷键连接的多糖(图16)。在聚合物链中脱水葡萄糖单元的数目“n”定义为聚合度。通常，纤维素醚(CE)的生产涉及用取代基如甲基、乙基、羧甲基、羟乙基、羟丙基，或其某些组合取代纤维素的一些羟基氢。例如，羟乙基甲基纤维素(HEMC)可以通过用羟乙基和甲基替代纤维素的一些基团来制备。同样，羟丙基甲基纤维素(HPMC)可以通过用羟丙基和甲基替代纤维素的一些羟基来制备。

每个脱水葡萄糖单元取代羟基的数目被表示为取代度(DS)。DS可以在0至3之间变化。对于所有的聚合物反应，这种取代反应沿聚合物链不均匀地发生。因此，记录的取代度是在整个聚合物链上的平均取代度。或者，可用摩尔取代度(MS)来记录每一摩尔脱水葡萄糖的取代基如羟丙基的摩尔数。通常，生产商遵循这样一种习惯，即一种取代基由DS记录，而另一种由MS记录，其中由MS记录的取代基可以取代羟基，或可以连接在链中另一个取代基上。DS并不是总被报道，而且本发明人发现报道值经常不准确，或给出较宽的范围，如表I中所示。

在另一个备选方案中，报道了取代基的重量百分数。取代基的重量百分数可以直接与DS和MS关联上。例如，以下的方程式示出了用于HPMC的转换：

$\mathrm{DS}\left(\mathrm{OC}{H}_3\right)=\frac{\mathrm{wt}\%\mathrm{OC}{H}_3}{31}*\frac{162}{100-(\mathrm{wt}\%O{C}_3{H}_6\mathrm{OH}/1.29+\mathrm{wt}\%\mathrm{OC}{H}_3*0.45)}$ 方程式1

和

$\mathrm{MS}\left(O{C}_3{H}_6\mathrm{OH}\right)=\frac{\mathrm{wt}\%O{C}_3{H}_6\mathrm{OH}}{75}*\frac{162}{100*(\mathrm{wt}\%O{C}_3{H}_6\mathrm{OH}/1.29+\mathrm{wt}\%\mathrm{OC}{H}_3*0.45)}$ 方程式2

纤维素醚通常因取代基的类型及纤维素醚水溶液的粘度而被区分。如甲基纤维素(MC)、乙基纤维素(EC)、羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)、乙基羟乙基纤维素(EHEC)、乙基羟丙基纤维素(EHPC)及羟丙基纤维素(HPC)是根据用来取代纤维素中羟基的取代基类型而命名的。含纤维素醚的水溶液的粘度的一个重要特征在于其作为增粘剂的典型应用；因此，纤维素醚同样因为取决于聚合度(直接与测量的分子量有关)的粘度、取代基的种类及取代度而被区分。随着分子量的增加，纤维素醚水溶液的粘度也增加。然而，取代度的影响取决于取代基的具体类型，而该类型也影响纤维素醚的溶解度。

生产商通过记录对2重量％纤维素醚水溶液的测量粘度来使具体的纤维素醚对粘度的影响特征化。这里，本发明人将这2重量％的粘度作为具体纤维素醚的粘度等级。典型地，粘度等级根据以下两种技术之一来测量：布氏粘度和乌氏粘度。通常，两种技术之间测量的粘度等级是不同的。例如，在表I中示出了对某些纤维素醚使用两种技术的测量结果。

纤维素醚通常不用于壁板产品中，但可以以低分子量(低粘度)及低浓度使用，以提供适当的保水性、泵吸性和/或提高混合刀的寿命。

发明概述

一种壁板芯体，其包含水、β-半水合硫酸钙和添加剂，它们混合在一起以形成壁板芯体。这里，术语壁板还被用来表示遮盖板、防水板、X型板、绝缘板、轴衬、拱腹板、背板、芯合板、天花板、石膏玻璃垫板，以及无纸壁板，这些板可被用于在建筑工业中制成墙壁和天花板。

通过与水混合，β-半水合硫酸钙可以随时间溶解或部分溶解在水中，并水合形成石膏晶体。所述添加剂选自一种或多种纤维素醚，例如分子量为至少20,000、粘度等级为至少100cps的HEC、MC、HPMC、EHEC、EHPC和HEMC，不在任何方面限制这里所列出的那些纤维素醚，所述的添加剂提高壁板芯体的起钉阻力与挠曲强度。优选地，所选纤维素醚相对于β-半水合硫酸钙的重量百分数小于5重量％，更优选小于3重量％，由此所述纤维素醚对壁板的易燃性和可熄灭性的影响可以忽略。再更优选地，所选的纤维素醚重量百分数从0.5重量％起，或者0.5-3重量％，0.5重量％至3重量％表现出起钉阻力连续增加，这将极大地简化混合过程。或者，选择具有低取代度(DS)的纤维素醚。

赋予增强壁板芯体的增加的起钉阻力和挠曲强度使得可以减少或消除壁板昂贵且沉重的多层纸面。所述多层纸面面料也可通过在从周围环境中吸收水分后供养霉菌的生长，从而增加壁板不合需要的感霉性。这样，可以通过使用由纤维素醚添加剂增强的减少纸质壁板芯体来制造出耐霉菌壁板。虽然纸是纤维素、纤维素的衍生物如纤维素醚，但在被加入壁板芯体后纸往往不易供养霉菌生长，如在32℃下在湿度为90％的培养器中，在霉菌孢子的存在下对试样进行的抗霉性试验所显示的。在一个备选的实施方案中，将贴胶层(skim layer)加到至少一个表面上以提供甚至更高的抗霉性。存在着对具有这种抗霉性、低成本壁板的长期和尚未解决的需求。

一种轻质壁板，例如具有一种或多种常规的多层面板的轻质面板可以在不牺牲所述壁板起钉阻力的情况下通过降低壁板芯体的密度来制造。例如，通过使用轻质填料，或通过向芯体中以空隙或气泡形式引入孔隙结构，所述密度可以降低至0.75g/cc，同时保持壁板的挠曲强度与起钉阻力。

添加超过使粉末状干组分水合所需化学计量的量的过量水至浆液中，可以降低壁板芯体的密度。认为在不受任何方面限制的情况下，过量的水在壁板芯体中形成小滴，其干燥后残存在壁板芯体中作为孔隙。已发现了一通用经验关联式来用水与粉状干组分之比(W∶P)预测g/cc的壁板密度(ρ)∶ρ＝0.8324(W∶P)^-0.7629，如果泡沫可忽略的话。除由过量水所引入的量以外，无论是通过快速搅拌还是通过加入发泡剂而加入的泡沫，都可通过向壁板芯体中加入来进一步降低密度。

通过向浆液添加额外的水，浆液的粘度下降。这样，可以在连续挤出工艺中挤出基本不含粘土的浆液，形成轻质增强壁板。基本不含粘土是指没有将粘土作为流变改进剂加入至干组分中。当然，粘土可以作为杂质，以不显著影响挤出过程流变行为的量存在于干组分或水中。

一种生产壁板芯体的方法将包含β-半水合硫酸钙粉末及选自不同于CMC的纤维素醚的粉末添加剂的干组分混合，所选纤维素醚为具有一定程度的取代度(DS)、可溶于水中(例如对MC为1.2至2.4)的那些。对于市售的纤维素醚，例如，优选DS为1.6至1.9，粘度等级为至少约100cps，分子量为至少约20,000MW的那些。

对于高取代度(DS)，例如对甲基纤维素(MC)大于1.8的DS，优选为较高粘度等级(例如至少约200cps)的纤维素醚。令人惊奇的是，对于纤维素醚如MC，较高的DS与较低的起钉阻力有关联。这样，低的DS(例如对MC为1.2至1.8)是优选的，因为可以选择较低粘度等级的纤维素醚，或可以添加较低份数的纤维素醚添加剂，而仍然得到相同的起钉阻力。通过降低粘度等级，在相同定量的水的条件下，浆液变得更易混合。通过降低水的量，在相同给定的淤浆粘度的条件下下，壁板干燥得更快。通过降低纤维素添加剂在浆液中的份数，壁板的制造成本得以降低。

由此，再更优选为一定范围的DS，例如对MC为1.2至1.6。虽然在此范围内的MC商业上不能获得，但这种低DS纤维素醚令人惊奇和未被预料到的相关性提供了大为增强的挠曲强度和起钉阻力，而制造这种纤维素醚的低成本、及在增强壁板制造中使用的高体积MC被期待为将会驱动在此DS范围内商业级别MC的开发。

在另一个实施方案中，优选所选粘度等级为至少约400cps。令人惊奇的是，由于选择大于此粘度等级的纤维素醚，所得壁板芯体与未增强壁板芯体相比起钉阻力明显增加，所添加的纤维素醚为0.5重量％至3重量％、除CMC以外的所有试验纤维素醚，只要在添加水之前所述纤维素醚很好分散在整个β-半水合硫酸钙中，即使是在相对高的DS下也是如此。在低DS下，所述的相关性显示，与任何普通壁板相比，起钉阻力与挠曲强度指数显著提高。

可以选择一定量的水与干组分形成浆液，该浆液在挤出、凝固及在45℃的炉子中干燥直到密度保持不变后得到密度为0.75g/cc的壁板芯体成品。此外，可加入包括其它纤维素醚的很多其它添加剂，以在不降低所述壁板芯体起钉阻力和强度的情况下，定制壁板芯体的性能。

在一个实施方案中，可以将这些干组分很好地混合，以彻底将所述添加剂分散在整个β-半水合硫酸钙粉末中。然后，将所述的干组分加入水中并与水混合，将其倾倒在成型物上面，成型为片材，使其凝固、干燥和被修整。所选择的水量将总是大于挤出所需要的量，及β-半水合硫酸钙与水按化学计量结合形成石膏所需的水量。优选地，所选的水量使得产生的壁板芯体密度小于0.8g/cc，更优选小于0.75g/cc，对轻质壁板甚至更优选为0.45g/cc至0.7g/cc。

“浆液”指的是由干组分与水的混合物形成的可以被很好混合的均质流体，在所述浆液被挤出之前至少一部分β-半水合硫酸钙溶解于水中。所需的水量取决于例如β-半水合硫酸钙的量，取决于添加剂及其它干组分的量，以及温度，及浆液中所含一种或多种添加剂的种类。所使用的水量例如通过影响孔隙结构的量、β-半水合硫酸钙溶解的程度、水合的速率及石膏晶体的形态，显著地改变壁板芯体的微观结构，而这反过来又影响壁板的起钉阻力和挠曲强度。为了将密度降低至用于具体应用的优选范围，可以向浆液中加入发泡材料以替代加入额外的水。例如，可以向水中和/或浆液中加入发泡剂如表面活性剂，或化学活性的发泡剂，以在水和/或浆液的搅拌期间引起发泡。与仅通过增加水的量而生产的具有相同密度壁板的方法相比，加入发泡材料可以导致更短的干燥时间和/或更优选的孔隙结构分布。或者，可以加入低密度的填料。

所述方法可以是连续法，由此将干组分混合，加入到水中，随后被掺混成为浆液，且浆液被倾倒在移动的表面上，形成壁板芯体。成型物可以既含有浆液又形成所述壁板的两个边，而一个或多个卷型物或约束物将浆液的自由表面展开并使其变平，由此形成了伸长的连续片材。连续壁板芯体形成后，在浆液至少能够部分凝固后，将浆液的伸长片材的末端切割，成为伸长的连续片材余下部分的长度。然后，修整壁板，如果需要的话，并干燥。或者，可以在对所述壁板芯体的一面或两面加工期间，加入一种或多种面板。

另一种生产壁板的方法是在与粉末β-半水合硫酸钙混合之前将增强添加剂与水混合。在此方法中，无论干燥的、糊状、凝胶状还是液体的添加剂都至少部分溶解于水中。然后，将包括β-半水合硫酸钙和任选其它的干添加剂的干组分加入至水溶液中，与水溶液混合以形成浆液。然后按照上面所述来加工浆液。

例如，为了装饰目的和/或为了带来改进的强度，可以将一种或多种纸层粘合到壁板芯体或面板的一面或两面上。所述纸可以有纤维，纤维可以按优选的方向定向以增强壁板。或者，可以不添加纸层或可以将非纸层粘合到壁板芯体的一面或两面上。在再一个备选方案中，可以将第二种添加剂加入至干组分中，所述的第二种添加剂与壁板的一面或两面隔离，以在壁板上形成现场表面层。

“至少约”100cps指的是纤维素醚应当选自粘度等级为约100cps或更大的纤维素醚，“约”100cps应当理解为考虑到了以例如应用不同测量技术为基础的粘度等级商业测量中的正常差异。例如，对用于测量粘度等级的剪切速度的不同选择可以导致测量值的变化。生产商所报道的粘度等级多达30％的差异在高达1000cps的低粘度等级下是预期的。大于约1000cps的粘度等级表现出在粘度等级中甚至更大的差异。

“至少约”20,000MW指的是纤维素醚应当选自分子量为“约”20,000或更大的纤维素醚。应当理解，对于具有特定取代度的特殊类型商业纤维素醚，其分子量平均值可以是20,000，但批次之间与一批之内的差异允许在平均值中有显著的商业偏差，及与分子量平均值的标准偏差。通常，平均分子量可以与生产商说明书的数值有多达20％的差异。一批之内的标准偏差取决于例如制造业的公差、所选用于制造具体纤维素醚的方法，以及已经存在于取代前原料纤维素中的差异。

通过对比强度测量结果与在相同壁板重量和相同厚度下没有增强添加剂时所制备试样的强度，在此提出了起钉指数和挠曲强度指数，所述的指数使具有一系列板重量的壁板和天花板试样起钉阻力和挠曲强度的测量标准化。例如，在图3中显示了对于对普通壁板覆纸和无纸试样的起钉阻力与板重量的关系曲线。如图5中所示，对于某些实施方案，起钉指数为增强的试样与普通试样在相同密度(板重量)下的相对测量起钉阻力。因此，起钉指数为1.0意味着增强壁板试样与没有增强添加物的常规制备试样的起钉阻力相同。

附图简述

图1所示为在本发明的几个实施方案中，在浓度为1克添加剂/100克β-半水合硫酸钙下起钉阻力的改进。

图2所示为在与图1中所示相同实施方案中挠曲强度的改进。

图3所示为根据现有技术制备的壁板试样的起钉阻力与板重量的关系曲线。

图4所示为：为了满足针对1/2英寸厚壁板的ASTM标准C473-95，最小板重与已覆纸或未覆纸壁板起钉指数的关系曲线。

图5所示为对于本发明的几个实施方案，起钉指数与重量分数的关系曲线。

图6所示为对于几种低粘度的纤维素醚，起钉指数与重量分数的关系曲线。

图7所示为在有纸背衬和没有纸背衬的情况下，对于HPMC，在重量分数为1克HPMC/100克β-半水合硫酸钙的情况下，起钉指数与粘度等级的关系曲线。

图8所示为在有纸背衬和没有纸背衬的情况下，对于HPMC，在重量分数为1克HPMC/100克β-半水合硫酸钙的情况下，最小板重量与粘度等级的关系曲线。

图9所示为对于HPMC，起钉指数与扁圆形物(patty diameter)(粘度随粘度的增加而降低的指示物)直径的关系曲线。

图10所示为对于本发明具有延迟溶解处理的表面的几个实施方案，起钉指数与重量分数的关系曲线。

图11所示为对于包含无纸壁板和HPMC增强添加剂的四个备选实施方案，起钉指数相与重量分数的关系曲线。

图12所示为对于图11中所示的相同的四个实施方案，挠曲强度与重量分数的关系曲线。

图13所示为对于HEC增强壁板或天花板的两个备选实施方案，起钉指数与重量分数的关系曲线。

4图14所示为包含无纸MC-增强壁板的另一个实施方案的起钉指数与粘度等级的数据与相互关系。

5图15所示为包含无纸HPMC-增强壁板的另一个实施方案的起钉指数与粘度等级的数据与相互关系。

图16所示为纤维素的化学式。

图17所示为甲基纤维素的化学式。

图18所示为羟丙基甲基纤维素的化学式。

图19和20基于与数据的相互关系，图示了对于甲基纤维素的各种粘度等级及重量百分添加量，在甲基纤维素中的甲基取代百分数对起钉指数与挠曲强度指数的计算效果。

优选实施方案详述

增强壁板和/或天花板包含半水合硫酸钙、增强添加剂和水。优选所述半水合硫酸钙为β-半水合硫酸钙，例如，可通过煅烧石膏来生产。所述增强添加剂为水可分散性的，可以以诸如水溶液、颗粒和粉末之类的各种形式生产和使用。例如，一种增强添加剂为纤维素醚。可使用具有多种多样取代基的纤维素醚。例如，可以将HPC、HEC、MC、HPMC、EHEC、EHPC和HEMC用作所述的增强添加剂。

在一个实施方案中，通过将粉末HPMC添加剂分散在整个β-半水合硫酸钙粉末中，使干燥的β-半水合硫酸钙粉末与粉末的HPMC混合在一起。然后，将干组分加入至水中，所述的水包括超过按化学计量水合β-半水合硫酸钙所需要的量的水，通过搅拌粉末/水的混合物形成浆液。例如，所选用的水量使得制成壁板的密度小于0.8g/cc，更优选0.75g/cc。然后，通过模头或成型物，或一系列的模头与成型物挤出所述的浆液。所挤出的浆液随后被进料到皮带上面，以成为连续的片材。使浆液硬化，这也被称为凝固，它是由于β-半水合硫酸钙至少部分溶解和水合，形成在这里称为石膏晶体的二水合硫酸钙晶体而导致的结果。

然后，干燥凝固的壁板或壁板试样。空气干燥和在炉中的干燥蒸发掉形成浆液需要的但在水合期间没有反应的过剩的水。过剩的水也常常增加已干燥壁板芯体孔隙结构的量，因为残余水的蒸发在随后留下多孔的微观结构。然后所述片材可以被修整、分级、称重和试验。

试验包括如使用ASTM的标准试验方法测量起钉阻力、挠曲强度、潮湿偏差、抗霉性和易燃性。抗霉性定义为保持在90％的湿度和32℃的温度的环境中，暴露在霉菌孢子下24天后，在壁板或壁板芯体表面上没有显示霉菌生长的迹象。

优选地，用于作为壁板浆液添加剂的纤维素醚具有高的分子量，而这与高粘度等级是相关联的。令人惊奇的是，如图1和2中所示，对于某些特定的纤维素醚，在特定的分子量和粘度等级下，起钉阻力和挠曲强度大为增加。还有，非常令人惊奇的是，例如图7和15中所示，对于某些纤维素醚，起钉指数和挠曲强度指数随分子量和粘度等级的提高而快速增加。这与本领域中的其它人根据使用相对较低分子量的添加剂如CMC浆液的灰泥浆液，和使用不能有效分散纤维素醚粉末的加工方法所制备浆液制备的试样的数据所作的早期预期相矛盾，这种预期表现为起钉阻力不随约0.25重量％以上的重量分数增加。此外，本发明与显示高粘度等级会削弱石膏晶体强度的那些参考文献相矛盾。

如图1中所示，高分子量和高粘度等级HPMC增强壁板与HEMC增强壁板的试样具有那些试验中起钉指数的最大值。其它实施方案也显示大为改进的起钉指数，尤其是使用高粘度等级的纤维素醚。

然而，如图6和14中所示，使用低分子量纤维素醚的结果令人失望。对于低分子量纤维素醚而言，起钉指数随着纤维素醚浓度的增加而下降。随着添加剂的连续加入，重要性能的降级在商业处理中是非常不利的，尤其是对于与其它组分相比具有低的总重量分数的添加剂。

在混合过程中，仅通过将更多的添加剂加入到混合物的间歇料流或连续料流中，就可实现混合物中添加剂的重量分数的增加。但是，一旦太多的添加剂与基础原料混合了，要稀释添加剂的重量分数就会有问题，因为它需要将大量基础原料，在此情况下为β-半水合硫酸钙，混合到添加剂与基础原料的混合物中，以稀释添加剂的重量分数。这样，对于牢固的混合工艺而言，满意的是其可以容纳过量的添加剂而不会不利地影响成品的性能。因此，优选的是使用即使是在无意地加入了过量添加剂的情况下也连续地改进产品性能的添加剂。虽然低分子量添加剂开始时增加起钉阻力，最高至0.25重量％，但是在超过0.25重量％后连续加入时性能的急剧下降使得它们在很多商用方法中的应用变为不切实际。

图5显示了对于高分子量和高粘度的HPMC、HEMC和HEC，起钉阻力随添加剂的重量分数呈对数级增加。这对牢固与宽容的制造方法而言是非常满意的趋势。400cps的MC表现出起钉阻力随添加剂重量分数线性地增加，这也是令人满意的。

CMC是最常使用的纤维素醚之一，但是在没有其它纤维素醚的情况下，与没有增强的试样相比，CMC会极大地延迟凝固时间，降低起钉阻力和挠曲强度。如前所述，CMC在对其它纤维素醚有效的浓度、高分子量和粘度下不增加壁板的强度。认为在不受任何方面限制的情况下，其它纤维素醚常常具有由氢键键合引起的分子间作用。这样，认为高分子量的分子常常会被固定住，不会被隔离至壁板的干燥的表面，如某些其它可溶性聚合物所发生的。因此，具有本质氢键键合相互作用的高分子量分子保持分散在整个壁板芯体中，并且增强了水合石膏晶体的矩阵(matrix)。

表面处理可以涂覆纤维素醚的表面以延缓溶解的开始，而这被期待可以改进纤维素醚在水中的分散。但是，认为在实际上由表面处理引起的溶解阻滞会导致表面处理过的纤维素醚的不完全溶解。染碘试验表明表面处理过的纤维素醚不均匀地分散在整个壁板试样中，对于HEC表面处理过的粉末尤其如此，而未处理纤维素醚和预先溶解的表面处理过的纤维素醚表现出完全均匀地分散在整个壁板中。一种改进未处理和表面处理过的粉末纤维素醚分散的方法是预混合干燥的纤维素醚，直到该粉末与β-半水合硫酸钙的混合物在被加入水之前很好地分散。由此，纤维素醚的聚集减少，且比聚集的颗粒更容易进行溶解。

如图1和2中所示，以及例如图11中所示对于粘度等级为45,000cps(45kcps)的HPMC，及图13中相对于重量分数所示分子量为1,300,000(1.3M)的HEC，表面处理过的纤维素醚的起钉指数小于预先溶解的表面处理过的纤维素醚，或未处理过的纤维素醚。

如图12中所示，对于45kcps的HPMC，挠曲强度受不完全溶解的影响不如受重量分数的影响大。认为起钉指数与挠曲强度指数结果之间差异的原因在于下面的事实：起钉指数对试样芯体的破碎敏感，而挠曲强度对试样芯体的破碎(分布的应力)不太敏感。

图8显示了为满足ASTM标准针对壁板试样粘度等级而设计的最小板重量，所述壁板试样是通过添加相对于β-半水合硫酸钙为1重量％重量分数的HPMC来制备的。随着粘度等级上升，通过ASTM标准所需的最小板重量下降。应当理解的是，添加到浆液中的任何额外的增强物，例如纤维增强物，也可以增加壁板的强度，尤其是壁板的挠曲强度。这同样倾向于使通过ASTM标准所需的最小板重下降。例如，向壁板芯体中引入纤维素纤维是一般的惯例。其它的纤维增强物，例如玻璃纤维、聚合物纤维及碳纤维也可以加入以增强壁板的挠曲强度。在一个具体的实施方案中，在添加干组分至水中之前，将短聚酯纤维或尼龙纤维，或这两种纤维混合入干组分中以增加挠曲强度。更长的纤维可以在挤出期间引入，用来为芯体提供沿壁板纵向的定向增强。

在高速的壁板生产中，浆液粘度是首要问题。增加粘度会引起增加的混合和泵输送需求，堵塞机器以及与板的形成有关的问题。在选择CE添加剂时，浆液粘度具有甚至更大的重要性，因为在普通的熟石膏配制中CE的主要目的是增稠混合物。

为了使β-半水合硫酸钙完全水合及制备可混合与挤出的浆液，将使用比熟石膏化合物所使用的更大量的水，熟石膏化合物利用α-半水合硫酸钙的水合以形成石膏。已知添加到浆液的水的量对所得到壁板的质量和微观结构有深刻的影响。认为，在不以任何方式限制本发明的情况下，添加太少的水会妨碍浆液的充分混合，而添加太多的水导致在壁板芯体中形成不满意的孔隙结构。随着CE的加入，尤其是在用提高量的高粘度CE的配制中，粘度会显著增加，这使得难以使干组分与水充分混合。此外，粘度的增加会妨碍浆液被倾倒入成型物中。一种可以被用来测定浆液粘度的简单试验是“扁圆形物试验”，其中将一定量的浆液从设定高度倒下来，记录所得到扁圆形物的直径。此外，壁板浆液的流变行为是时间、湿度和温度的函数。

通常，扁圆形物的尺寸随纤维素醚粘度等级的增加而相反地增加。如所预期的，扁圆形物的直径随HPMC粘度等级的下降而增加。事实上，扁圆形物的直径随粘度等级的倒数对数级增长；因此，如图9中所示，起钉指数随扁圆形物尺寸的倒数成比例地增加。

在一个实施方案中，通过如下方法形成浆液：混合β-半水合硫酸钙与小于5重量％的粉末的纤维素醚，使纤维素醚均匀地分散在整个混合物中。然后将所述混合物与一定量的水混合形成浆液，使通过干燥的壁板芯体的密度小于0.8g/cc。在一个备选的实施方案中，所选纤维素醚的分子量为至少20,000，粘度等级为至少100cps，与未增强壁板相比，其起钉阻力和挠曲强度都得到了改进。在另一个实施方案中，粉末纤维素醚的量被限制在0.5重量％至3重量％的范围，所测量的起钉指数随纤维素醚的加入而连续地增加。

在再一个实施方案中，对于MC而言，DS被限制在1.2至2.4。在一个备选的实施方案中，对粘度等级为至少10cps的MC而言，DS被限制在1.6至1.9，该MC在例如图14和15中所示粘度等级为至少100cps的条件下所产生的壁板具有改进的起钉指数。图14显示了在0.25、0.5、1.0和2.0重量％的MC与粉末β-半水合硫酸钙混合的情况下，起钉指数与MC粘度等级的关系曲线。深色的线和点是使用在另外的地方讨论的关联性的计算值，而浅色的线为试验值。图15是对于HPMC与粉末β-半水合硫酸钙混合的相似曲线。在另一个备选的实施方案中，如图19中所示，在添加MC的重量百分数为0.25和0.5重量％下，对于MC而言，1.2至1.6的DS范围极大地提高了挠曲强度和起钉指数，而图19是基于与图14中所使用的关联性的。图20显示这种趋势也适用于更高重量百分数的MC添加量。这表明起钉阻力的提高发生在用低DS、高粘度等级和高分子量、高重量百分数的MC，或这些的组合所处理的壁板。

认为，在不受任何方面限制的情况下，氢键键合相互作用固定住了纤维素醚分子，而氢键键合的程度受分子量的影响，并反映在粘度等级中。它还受到取代度的影响。由此，纤维素醚的取代度、粘度等级和分子量在选择具体的纤维素醚作为强度添加剂是关键的因素，因为认为壁板的强度取决于纤维素醚分子在壁板芯体中的分布，以及在所述分子之间键合相互作用。此外，认为键合相互作用的作用既取决于取代度，又取决于添加的重量百分数。

具体被用作增强添加剂的纤维素醚的取代百分数根据ASTM D3876的标准试验方法来分析，通过引用而将该试验方法的内容结合在此。ASTMD3876通过气相色谱来测定纤维素醚产品中的甲氧基和羟丙基的取代。将得到的各种纤维素醚的取代百分数，及得自文献的粘度等级与机械测试的结果相比较，以确定取代度对挠曲强度与起钉阻力的影响。以这些经验的测量结果为基础，对起钉指数及挠曲强度指数与纤维素醚取代方式之间的关系进行关联。以下的回归模型确定了最佳的关联式：

HPMC起钉指数(NPI)：

NPI＝A₁f^X1[(logγ)^X2+A₂M^X3+A₃H^X4]+A₄f^X5M^X6H^X7(logγ)^X8+A₅

MC起钉指数(NPI)：

NPI＝B₁f^Y1+B₂f^Y2(logγ)^Y3+B₃f^Y4M^Y5(logγ)^Y6+B₄

MC挠曲强度指数(TPBI)：

MC TPBI＝C₁f^Z1+C₂f^Z2(logγ)^Z3+C₃f^Z4M^Z5+C₄f^Z6M^Z7(logγ)^Z8+C₅

γ＝纤维素醚的粘度等级(cps)(2％乌式粘度)

M＝纤维素醚甲氧基取代的百分数

H＝纤维素醚羟丙基取代的百分数

f＝纤维素醚的重量％(g/100g灰泥)

其中A_i、B_i、C_i、X_i、Y_i和Z_i在下表2定义

这些经验的关联式可被用于定义各种纤维素醚的重量百分数(f)、甲基的取代度或取代百分数(M)和羟丙基的取代度或取代百分数(H)的作用，以及粘度等级(γ)对由MC和HPMC增强壁板芯体的起钉指数与挠曲强度的影响。

具体而言，壁板芯体中纤维素醚添加剂的量与起钉指数及挠曲强度之间存在着关联性。如所预期的，起钉阻力随添加剂重量百分数的增加而提高。起钉阻力与粘度等级同样也有关联性。令人惊奇的是，数据表明，对于HPMC和MC而言，增加的粘度等级会增加起钉指数，而这种关系在文献或某些原始数据中没有反映出来，例如图14中所示对于MC的情况。

最后，对取代百分数存在着非常令人惊奇和出乎意料的关联性。具体而言，例如，起钉指数随取代度(DS)的降低而增加，如图19和20中所示对于MC的情况。这种出乎意料与令人惊奇的强烈的关联性足以导致起钉指数相对于粘度等级曲线的显著倾斜，例如图14中所示。在图14中，市售MC的甲基取代百分数为34％。而且，这种效果为其它人所忽视，这可能阻止了其它人将纤维素醚作为增强添加剂加入壁板中。具体而言，通常对商业的纤维素醚不报道DS。如果报道的话，它经常是非常不准确的。因此，为进行这项分析，需要用气相色谱独立地测量取代百分数。在对壁板最实用的重量百分数范围，例如小于5重量％，更优选小于3重量％内，与较低的DS相比，即使是适中的DS增加也会显著地降低所测量壁板的挠曲强度指数，如图19和20中所示。

对于低粘度等级的纤维素醚，测量的起钉指数和挠曲强度指数中的差异通常是与壁板中没有增强时的减少与壁板中没有增强时的显著增加之间的差异，如图19和20中所示。此外，与涉及纤维素醚溶解度受限的DS相比，市售的纤维素醚通常DS值较高。因此，忽略将纤维素醚作为增强β-半水合硫酸钙基壁板产品的添加剂就不奇怪了。确实，最有希望的纤维素醚，如DS为1.2至1.6范围的MC没有能被作为增强添加剂而便利地用于测试。

HPMC起钉性能的关联性表现出与甲氧基取代百分数不同的关系，在市售的HPMC中所述的取代百分数比市售MC中的要低得多。根据所述的关联性，在较低的添加剂含量下，减少甲基时DS确实会增加起钉指数；然而，在较高的添加剂含量下，减少甲基时DS不太有效。这种趋势在某种程度上受所选粘度等级和羟丙基取代百分数的影响。然而，在目前可以得到的数据下，羟丙基取代度对起钉指数的影响不如MC中甲氧基取代的影响明显。图15分散的数据中反映了这些影响。

在另一个备选的实施方案中，可以产生泡沫来进一步降低壁板芯体的密度。这种泡沫可以通过使用例如表面活性剂，及对水和/或浆液的搅拌来产生泡沫为产生，该泡沫可被引入挤出的壁板芯体中。

具体实施例

对照试样。将100克β-半水合硫酸钙与0.13克粉状石膏促进剂干混合。然后，在500毫升的Waring混合器中，将所述β-半水合硫酸钙加入至150克的室温自来水中。低速掺混该浆液15秒钟。然后立刻将所述浆液倾倒入约7″×2″×1/2″的模具中。约20分钟后，从模具中取出样品，将其放入45℃的对流加热炉中，在其中将其至少干燥36小时。在从炉中取出样品后，将样品切割为5″×2″，称重(massed)并标出尺寸。该数据被用来计算样品的密度。通过使用与用于石膏壁板的ASTM C473挠曲强度试验(方法B)相似的三点弯曲试验得到挠曲强度。用带数据采集软件的Instron机械测试系统来测定机械行为。挠曲破坏应力通过破坏负载、测试配置及样品几何形状来计算。用弯曲试验剩下的两个半个的样品来测试起钉阻力。使用基于ASTM C473起钉测试(方法B)的起钉测试。所得样品的密度为0.63g/cc，挠曲强度为242psi，起钉阻力为46磅。

高粘度HPMC增强剂；无纸样品。将100克β-半水合硫酸钙与0.13克粉状石膏促进剂及1克HPMC(100kcps，购自Aldrich Chemical Co.)干混合。然后，在500毫升的Waring混合器中，将所述的干混合物加入150克自来水中。低速掺混该浆液15秒钟。然后立刻将所述浆液倾倒入7″×2″×1/2″的模具中，在将其取出前在其中使其凝固约20分钟。将样品放入45℃的对流加热炉中至少36小时。在从炉中取出样品后，将其切割为5″长，称重并标出尺寸。计算出密度，并在Instron机械测试系统上对样品进行挠曲强度和起钉阻力测试。样品的密度为0.46g/cc，挠曲强度为299psi，起钉阻力为43磅。

高粘度、阻滞的HEMC增强剂；无纸样品。将100克β-半水合硫酸钙与0.13克粉状石膏及1克阻滞的HEMC(15-20，5kcps，购自AldrichChemical Co.)干混合。然后，在500毫升的Waring混合器中，将所述的干混合物加入150克自来水中。低速掺混该浆液15秒钟。然后立刻将所述浆液倒入7″×2″×1/2″的模具中，20分钟后取出。将样品放入45℃的对流加热炉中至少36小时。在从炉中取出样品后，将其切割为5″长，称重并标出尺寸。计算出密度，并在Instron机械测试系统上对样品进行挠曲强度和起钉阻力测试。所得到样品的密度为0.63g/cc，挠曲强度为545psi，起钉阻力为78磅。

高粘度HPMC增强剂；轻质壁板。通过混合1千克β-半水合硫酸钙与1.3克粉状石膏及10克HPMC(22kcps，购自Aldrich Chemical Co.)来制备覆纸的样品。向5升的Waring混合容器中，加入1.5千克室温的自来水、20滴DOW的Daxad 19LKN(分散剂)，及10滴40％的二亚乙基三胺五乙酸钠盐(阻滞剂)。将粉末加入至水中，在高处掺混(blended on high)15秒钟。然后将所述浆液倾倒入约12″×12″×1/2″的衬有由标准装饰壁板贴面纸制成的封套的模具中。15分钟后从模具中取出样品，将其放入45℃的对流加热炉中48小时。然后取出样品，并将其切割为5″×2″和9″×2″的试样，春中试样长度尺寸在纸纤维的方向上。对这些试样称重并测量尺寸。计算出密度，并在Instron机械测试系统上在纤维方向上测量挠曲强度，并测试起钉阻力。样品的密度为0.47g/cc，挠曲强度为822psi，起钉阻力为75磅。

重量比为1∶1的水：β-半水合硫酸钙下的MC。将100份β-半水合硫酸钙与9份甲基纤维素(Aldrich，MW 17,000，粘度等级25cps)混合。然后在室温下，将混合物加入至100份水中，在高剪切设置下(high shearsetting)掺混约15秒钟。所得到浆液非常粘稠，以致不能倒入成型物中。用刮铲小部分地将足量的浆液转移压入2英寸×5英寸×0.5英寸的成型物中。凝固后，从模具中取出混合物，并在45℃下固化2天。所得样品的密度为0.72g/cc，起钉指数为1.87(121磅)，且挠曲强度为881磅/英寸²。

重量比为1∶1的水∶β-半水合硫酸钙下的MC。将100份β-半水合硫酸钙与9份甲基纤维素(Aldrich，MW 14,000，粘度等级15cps)混合。然后将混合物加入至100份水中，在高剪切设置下掺混约15秒钟。所得到浆液非常粘稠，以致不能倒入成型物中。用刮铲小部分地将足量的浆液转移压入2英寸×5英寸×0.5英寸的成型物中。凝固后从模具中取出混合物，并在45℃下固化2天。所得样品的密度为0.74g/cc，起钉指数为1.75(119磅)，且挠曲强度为864磅/英寸²。

重量比为1∶1的水∶β-半水合硫酸钙下的MC。将100份β-半水合硫酸钙与9份甲基纤维素(Aldrich，MW 40,000，粘度等级400cps)混合。然后将混合物加入至100份水中，在高剪切设置下掺混。所得浆液的粘度极高，不能按要求的15秒钟持续时间进行混合。粉末混合物不能完全加入至浆液中。该混合物过早凝固以致不能被转移至成型物中。

重量比为1∶1的水∶β-半水合硫酸钙下的MC。随后的试样通过减少甲基纤维素的量来制备：将100份β-半水合硫酸钙与5份而不是9份甲基纤维素混合。然后将混合物加入至100份水中，在高剪切设置下掺混约15秒钟。所得浆液极为粘稠，在混合期间就开始过早地凝固，以致没有能够被倾倒入成型物中。用刮铲小部分地将足量的浆液转移压入2英寸×5英寸×0.5英寸的成型物中。凝固后从模具中取出混合物，并在45℃下固化2天。所得样品的密度为0.73g/cc，起钉指数为1.54(103磅)，且挠曲强度为766磅/英寸²。

重量比为1∶1的水∶β-半水合硫酸钙下的低粘度等级的HPMC。将100份β-半水合硫酸钙与9份HPMC(Aldrich，MW 10,000，粘度等级5cps)混合。然后将混合物加入至100份水中，在高剪切设置下掺混约15秒钟。将所得浆液直接倾倒入测量为2英寸×5英寸×0.5英寸的成型物中。凝固后，从模具中取出混合物，并在45℃下固化2天。所得样品的密度为0.63g/cc，起钉指数为1.26(58磅)，且挠曲强度为675磅/英寸²。

重量比为1∶1的水∶β-半水合硫酸钙下的低粘度等级的HPMC。将100份β-半水合硫酸钙与9份HPMC(Aldrich，MW 10,000，粘度等级6cps)混合。然后将混合物加入至100份水中，在高剪切设置下掺混约15秒钟。将所得浆液直接倾倒入测量为2英寸×5英寸×0.5英寸的成型物中。凝固后从模具中取出混合物，并在45℃下固化2天。所得样品的密度为0.59g/cc，起钉指数为1.18(47磅)，且挠曲强度为535磅/英寸²。

水∶β-半水合硫酸钙之重量比为1.0下的中等范围粘度等级的HPMC。首先，将100份β-半水合硫酸钙与9份HPMC(Aldrich，MW 12,000，粘度等级80-120cps)混合。然后将混合物加入至100份水中，在高剪切设置下掺混约15秒钟。所得浆液极为粘稠，在混合期间过早地凝固，以致没有能够被倒入成型物中。用刮铲小部分地将足量的浆液转移压入2英寸×5英寸×0.5英寸的成型物中。凝固后从模具中取出混合物，并在45℃下固化2天。所得样品的密度为0.75g/cc，起钉指数为1.54(121磅)，且挠曲强度为652磅/英寸²。

高粘度等级、表面处理过的HEMC。通过混合1.3千克β-半水合硫酸钙与1.69克球磨机磨碎的石膏(促进剂)及26克阻滞的HEMC(在2重量％下的粘度等级15-20.5kcps，购自Aldrich Chemical Co.)来制备无纸的样品。液体组分：1.68千克室温自来水、26滴DOW的Daxad 19LKN(分散剂)及13滴40％的二亚乙基三胺五乙酸钠盐(阻滞剂)被加入至5升的Waring混合器中。将干组分加入至水中，并在高处掺混15秒钟以形成浆液。然后将所述浆液倒入约12″×12″×1/2″的玻璃模具中，所述玻璃模具在一面上带有方便出料的薄特富龙薄片。15分钟后从模具中取出样品，将其放入45℃的对流加热炉中48小时。然后取出样品并将其切割为5″×2″的试样。对这些试样称重并测量尺寸。计算九个试样的密度，并在Instron机械测试系统上用以前所描述的方法测试挠曲强度和起钉阻力。所述板的平均密度为0.64g/cc，挠曲强度为809psi，且起钉阻力为102磅，通过了ASTM挠曲强度和起钉的要求。

高粘度等级、表面处理过的HEMC。通过混合100克β-半水合硫酸钙与0.13克球磨机磨碎的石膏(促进剂)及1克阻滞的HEMC(在2重量％下的粘度等级15-20.5kcps，购自Aldrich Chemical Co.)来制备无纸的样品。然后，将所述混合物加入至150克水中，并在高处掺混15秒钟，形成浆液。然后将所述浆液倾倒入约12″×12″×1/2″的模具中。15分钟后从模具中取出样品，将其放入45℃的对流加热炉中48小时。然后取出样品并将其切割为5″×2″。计算试样的密度，并在Instron机械测试系统上用以前所描述的方法测试挠曲强度和起钉阻力。所述板的平均密度为0.63g/cc，挠曲强度为545psi，起钉阻力为78磅，通过了ASTM的起钉要求。

高粘度等级、表面处理过的HEMC。通过使用以下的步骤制备无纸的壁板：首先，干混合150克β-半水合硫酸钙与0.2克粉状石膏及3克表面处理(延缓溶解)过的HEMC(15-20.5kcps，购自Aldrich Chemical Co.)。在500毫升的Waring混合器中，将干组分加入至162克自来水中，形成浆液。低速掺混浆液15秒钟。然后，立刻将浆液倒入7″×2″×1/2″的模具中，20分钟后取出。将样品放入45℃的对流加热炉中干燥至少36小时。从炉中取出样品后，将其裁减为5″长，称重并标出尺寸。按照这种程序制备的试样密度为0.80g/cc，挠曲强度为975psi，且起钉阻力为180磅，超过了ASTM标准对于1/2英寸壁板的挠曲强度和起钉阻力的要求。

高粘度等级、表面处理过的HEMC。通过使用以下的步骤制备无纸的壁板：首先，干混合150克β-半水合硫酸钙与0.2克粉状石膏及3克表面处理过的HEMC(15-20.5kcps，购自Aldrich Chemical Co.)。在500毫升的Waring混合器中，将干组分加入至150克自来水中，形成浆液。低速掺混浆液15秒钟。然后立刻将浆液倒入7″×2″×1/2″的模具中，20分钟后取出。将样品放入45℃的对流加热炉中干燥至少36小时。在从炉中取出样品后，将其切割为5″长，称重并标出尺寸。按照这种程序制备的试样密度为0.85g/cc，挠曲强度为989psi，且起钉阻力为203磅，超过了ASTM标准对1/2英寸壁板挠曲强度和起钉阻力的要求。

虽然本发明已经根据其具体的实施方案进行了描述，但很多其它的变化和改良及其它应用对本领域技术人员而言都是显而易见的。因此，优选的是，本发明不是仅由这里所具体公开的内容限制的，而是仅由所附权利要求来限制的。

Claims (55)

1.一种增强壁板芯体，该壁板芯体包含：

水；和

干组分，其中所述干组分包含β-半水合硫酸钙粉末及粉末添加剂，所述干组分被混合在一起，并与水混合，形成浆液并使所述β-半水合硫酸钙粉末水合，其中所述的粉末添加剂为不同于CMC的纤维素醚，且在干燥后，所选纤维素醚的粘度等级为至少约100cps，同时分子量为至少约20,000。

2.权利要求1的壁板芯体，其中所述的纤维素醚为HPC、HEC、MC、HPMC、EHEC、EHPC或HEMC。

3.权利要求1的壁板芯体，其中所述的纤维素醚为HPMC。

4.权利要求1的壁板芯体，其中所述的纤维素醚为HEMC。

5.权利要求1的壁板芯体，其中所述的纤维素醚为HEC。

6.权利要求1的壁板芯体，其中所述的壁板芯体基本上不含粘土。

7.权利要求4的壁板芯体，其中所述的壁板芯体基本上不含粘土。

8.权利要求1的壁板芯体，其中所述的纤维素醚为MC。

9.权利要求8的壁板芯体，其中所选的MC粘度等级为至少约400cps。

10.权利要求1的壁板芯体，其中这样选择水相对于干组分的量，使所述壁板芯体的平均密度小于0.8g/cc。

11.权利要求10的壁板芯体，其中所述混合导致粉末添加剂分散在整个β-半水合硫酸钙粉末中，由此所述的粉末添加剂均匀分散在壁板芯体中。

12.权利要求10的壁板芯体，其中所述壁板芯体的密度为0.45g/cc至0.7g/cc。

13.权利要求1的壁板芯体，其中所述添加剂相对于β-半水合硫酸钙粉末的重量百分数为至少0.5重量％。

14.权利要求13的壁板芯体，其中这样选择添加剂及选择添加剂的量，使加入的添加剂连续地增加所述壁板芯体的起钉阻力。

15.权利要求13的壁板芯体，其中所选的添加剂相对于β-半水合硫酸钙粉末的重量百分数为不大于3重量％。

16.权利要求1的壁板芯体，其中所述纤维素醚的取代度小于1.8。

17.权利要求1的壁板芯体，其中所述的添加剂为表面处理过的，以延缓溶解。

18.一种壁板芯体，该壁板芯体包含β-半水合硫酸钙粉末和添加剂水溶液，其中所述β-半水合硫酸钙粉末与水溶液混合，形成浆液并使所述β-半水合硫酸钙粉末水合，其中所述添加剂水溶液包含水和溶解在水中的添加剂，所述添加剂为不同于CMC的纤维素醚，所选纤维素醚的粘度等级为至少约100cps，同时分子量为至少约20,000，所选的水量使所述壁板芯体密度小于0.8g/cc。

19.权利要求18的壁板芯体，其中所述的纤维素醚为HEC、MC、HPMC、EHEC、EHPC或HEMC，所选纤维素醚的粘度等级为至少约400cps。

20.权利要求18的壁板芯体，其中所述的纤维素醚为HPMC。

21.权利要求18的壁板芯体，其中所述的纤维素醚为HEMC。

22.权利要求18的壁板芯体，其中所述的纤维素醚为HEC。

23.权利要求18的壁板芯体，其中所述壁板芯体的密度为0.4g/cc至0.7g/cc。

24.权利要求18的壁板芯体，其中所述的壁板基本上不含粘土。

25.权利要求18的壁板芯体，其中所述的纤维素醚为粘度等级为至少约400cps的MC。

26.权利要求25的壁板芯体，其中所述的纤维素醚为分子量为至少约40,000的MC。

27.权利要求25的壁板芯体，其中所选的水量使所述壁板芯体的密度小于0.75g/cc。

28.权利要求18的壁板芯体，其中所选的纤维素醚粘度等级小于约100,000cps。

29.权利要求18的壁板芯体，其中添加剂相对于β-半水合硫酸钙粉末的重量百分数为至少0.5重量％。

30.权利要求29的壁板芯体，其中这样选择添加剂及选择添加剂的量，使加入的额外添加剂连续地增加所述壁板芯体的起钉阻力。

31.权利要求29的壁板芯体，其中所选添加剂相对于β-半水合硫酸钙粉末的重量百分数为不大于3重量％。

32.权利要求31的壁板芯体，其中这样选择添加剂及选择添加剂的量，使加入的额外添加剂连续地增加所述壁板芯体的起钉阻力。

33.一种壁板，其包含权利要求1的壁板芯体和至少一种面板。

34.权利要求33的壁板，其中所述的至少一种面板为纸。

35.权利要求34的壁板，其中所述的纸为纤维增强的。

36.权利要求33的壁板，其中所述的至少一种面板为聚合物层。

37.权利要求36的壁板，其中所述的聚合物层为在现场形成的。

38.权利要求33的壁板，其中所述的至少一种面板为装饰性的。

39.一种制造壁板芯体的方法，该方法包含：

将β-半水合硫酸钙粉末与粉末添加剂混合在一起，直到所述的粉末添加剂被分散在整个β-半水合硫酸钙粉末中，其中所述粉末添加剂是不同于CMC的纤维素醚，且所述的纤维素醚的分子量为至少约20,000，粘度等级为至少约200cps；

将一定量的水加入至β-半水合硫酸钙粉末与粉末添加剂的混合物中，所述的水量使所得壁板芯体的密度小于0.8g/cc；

通过混合β-半水合硫酸钙粉末与粉末添加剂的混合物与水而形成浆液；

挤出所述的浆液；

使挤出物成型为伸长片材；和

使所述的浆液凝固，其中至少一部分的β-半水合硫酸钙粉末被水合。

40.权利要求39的方法，其中加料、形成和挤出的步骤为连续的。

41.一种制造壁板芯体的方法，该方法包括：

将添加剂溶解在水中形成水溶液，其中所述粉末添加剂是不同于CMC的纤维素醚，且所述纤维素醚的分子量为至少约20,000，粘度等级为至少约200cps；

将一定量的干组分加入至一定量的所述水溶液中，使所得壁板芯体的密度小于0.8g/cc，其中所述的干组分包括β-半水合硫酸钙粉末；

通过混合β-半水合硫酸钙粉末与粉末添加剂的混合物与水而形成浆液；

挤出所述的浆液；

使挤出物成型为伸长片材；和

使所述的浆液凝固，其中至少一部分的β-半水合硫酸钙粉末被水合。

42.权利要求41的方法，其中加料、形成和挤出的步骤为连续的。

43.权利要求1的壁板芯体，其中所选纤维素醚的粘度等级为至少约400cps，同时分子量为至少约40,000。

44.权利要求43的壁板芯体，其中添加剂相对于β-半水合硫酸钙粉末的重量百分数为至少0.5重量％。

45.权利要求44的壁板芯体，其中添加剂相对于β-半水合硫酸钙粉末的重量百分数小于3重量％。

46.权利要求33的壁板，其中至少一种面板为玻璃垫。

47.权利要求33的壁板，其中所述壁板的密度为0.45g/cc至0.7g/cc。

48.权利要求1的壁板芯体，进一步包含纤维增强物，其中所述的纤维增强物与干组分混合。

49.权利要求48的壁板芯体，其中所述的纤维增强物为纤维素纤维。

50.权利要求48的壁板芯体，其中所述的纤维增强物为玻璃纤维、聚合物纤维和碳纤维中的一种。

51.权利要求48的壁板芯体，其中所述的纤维增强物为聚酯纤维和尼龙纤维中的一种。

52.权利要求48的壁板芯体，其中所述的纤维增强物具有伸长轴，所述伸长轴按挤出的方向定向。

53.权利要求1的壁板芯体，其中所述壁板芯体的表面阻止霉菌的发展，所述壁板芯体在温度为32℃、保持湿度为90％的环境内暴露在霉菌孢子下24天后，没有迹象显示有霉菌的生长。

54.权利要求33的壁板，其中所述壁板的表面阻止霉菌的发展，所述壁板在温度为32℃、保持湿度为90％的环境内暴露在霉菌孢子下24天后，没有迹象显示有霉菌的生长。

55.一种增强壁板芯体，该壁板芯体包含：

水；和

干组分，其中所述干组分包含β-半水合硫酸钙粉末及粉末添加剂，所述干组分被混合在一起，并与水混合，形成浆液并使所述β-半水合硫酸钙粉末水合，其中所述的粉末添加剂为取代度范围为1.2至1.6的甲基纤维素，在干燥后，所述壁板芯体的平均密度小于0.8g/cc。

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