CN1922120A - 制造凝固多孔粘结物的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造凝固多孔粘结物的方法，该方法包括如下步骤：(i)将粘结材料、水、发泡剂和任选的添加剂混合成坍落度为至少100mm的自由流动淤浆；随后(ii)注射和分布空气入步骤(i)的淤浆以形成多孔淤浆；随后(iii)浇铸步骤(ii)的该多孔淤浆；以及最后(iv)允许该多孔淤浆凝固。本发明也提供进行本发明的方法的装置。

Description

制造凝固多孔粘结物的方法和装置
技术领域
本发明涉及制造多孔粘结淤浆的方法和装置及从其获得的凝固材料。本发明也涉及方法和应用本方法的装置。本发明首先涉及石膏板的制造，更具体地涉及在连续石膏板生产线上石膏板芯的制造。
背景技术
粘结材料为人所知已历时许多年。粘结材料的例子可以是石膏(它以许多形式获得)、硅酸盐水泥、红褐色水泥、熔渣水泥、飞灰水泥、铝氧化钙水泥等。
概括而言，石膏板由如下物质组成：具有一定拉伸性能的两个片，如纸，覆盖在具有一定压缩强度的芯上，该芯基本为粘结物，通常为石膏。复合材料的挠曲强度依赖于组分的结合强度。
影响芯强度的一个因素是用于制备的水/石膏比(Water/Plasterratio)。经验法则在于浇铸石膏体的压缩强度随它表观强度的平方增加。在应用范围中密度几乎线性地随W/P比例的倒数增加。因此，传统上认为，低的W/P比例是有利的。
石膏墙板的芯通常由芯制备中空气的引入而变轻。芯中的空气以气泡的形式出现。已经发现气泡的尺寸和分布影响芯的机械性能，并且从而也影响板的机械性能。气泡直径的宽尺寸分布和在本体中均匀散布是有利的。靠近任选的覆盖物，不具有或具有较少空隙的密集材料层是有利的。在那个方面，人们可参照Bruce的US专利5,085,929和5,116,671，该文献由此引入作为参考。
通常以预制泡沫的形式将空气结合进入石膏淤浆。在正常的泡沫产生系统中，对一定数量的泡沫产生表面活性剂采用水稀释，并且然后与压缩空气结合。使用各种设备和方法产生泡沫。将此泡沫注入混合器，通常直接在混合器中。混合器，它通常是高剪切混合器，保证泡沫完全与石膏淤浆结合但代价是泡沫效率的极大下降。加入淤浆的泡沫的体积典型地是板中实际结合的体积的3倍。因此，根据传统的现有技术，将用于石膏的一部分计量水与泡沫一起加入。泡沫中的更多水提高泡沫的密度并且允许与石膏淤浆更均匀地混合，该淤浆的密度高于泡沫的密度。然而，通过不期望地增加石膏晶体之间的空间，该附加的水降低了石膏基体的最终强度，并且因此形成了更弱的结构。
Bradshaw的US-P-5,575,844公开了第二混合器(在相同的外壳中安装)，其中引入泡沫，而将水和石膏引入主混合器。第一混合器用于石膏和水而第二个用于泡沫形成，其中剪切更低。
Ainsley的US-P-5,714,032公开了两腔室混合器，该混合物包括第一高剪切腔和第二低剪切腔，其中引入泡沫。
Sucech的US-P-5,683,635公开了一致方法，其中在与第一混合器中淤浆产生相比它较少受搅拌的点，将泡沫插入淤浆，因此与如果插入销混合器自身相比，泡沫较少受搅拌。
尽管这些方面提供泡沫消耗较低的方法，仍然将另外的水与泡沫结合而损害最终石膏芯性能。
此外，这些文献公开的方法仍然提供通常孔体积，而对气泡的尺寸和分布没有控制。
在粘结淤浆产生期间的直接空气注入也是已知的。
Putt的US-P-6,443,258公开了制备吸声板的方法，其中使用相似于kitchen aid混合器的混合设备的环行和旋转混合设备，将石膏、纤维、水和发泡剂混合并充气。来自环境的空气被捕获到淤浆中，其中捕获来自石膏，(和任选添加剂)的干燥混合物与水和表面活性剂的含水混合物的结合。
Anton的DE-A-2,117,000公开了一种生产墙壁涂饰灰浆的混合器。其装置可以根据两个实施方案工作。在第一个实施方案中，在计量水流中强制入空气，其中该水通过由表面活性剂填充的盒。在灰浆混合器中引入的通常是泡沫(加压泡沫)。在第二实施方案中，未提及表面活性剂。在淤浆中通过多孔烧结玻璃组件，在使用的独特混合器的混合螺杆的水平引入空气。用于此文献的混合器类型不适于板或嵌板的生产，这是由于生产的淤浆具有高粘度以粘合到墙，使此淤浆完全不适于板或嵌板的常规生产。最后，此类型混合器呈现的缺点在于大量空气损失。此设计呈现的重大缺点是恒定体积的泵和对进入泵的空气份额没有控制。这引起水对石膏比例的变化。
Bahner的US-P-6,376,558公开了一种常规混合器，其中在压力下通过位于旋转混合器壁中的多孔烧结玻璃引入空气。在此独特的混合器中，在单步骤方法中产生淤浆，这是由于同时在混合腔中引入淤浆的所有组分。此设备可夹带由石膏带入混合器的空气。此外，分布空气入淤浆的条件根据淤浆的组成、通过混合器的流量而变化，并且当混合器被淤浆磨损后变化更大。
Mills的US-P-2,097,088公开了一种用于石膏板的常规混合器，其中在压力下通过位于混合器底部的孔口引入空气。据称该混合器适于对石膏和纤维进行混合。由于那时未使用发泡剂，此文献未认识到发泡剂和泡沫稳定性的问题。在此独特的混合器中，由于同时在混合腔中引入淤浆的所有组分，在单步骤方法中产生淤浆。如在Bahner参考文献中，此设备会夹带由石膏带入混合器的未受控空气。
Cornwell的US-P-5,250,578公开了一种用于吸声的发泡的多孔粘结物组合物。可以将组分，尤其是石膏、水、发泡剂和成膜剂、聚集体，任选的纤维，以及空气在淤浆中优选由引入淤浆的传统泡沫结合。空气也可以由机械搅拌引入。
Hinton的US-P-1,687,067公开了一种用于制造多孔粘结材料的连续方法，其中在反应器中搅拌高粘度纸浆(包含所谓的起泡浮选试剂或浮选油)，其中将空气从反应器底部鼓泡并且较佳在盘以上加入的发泡的粘结物纸浆从该反应器在几乎同等水平溢流。由于快速旋转穿孔盘或在空气分布盘以上紧邻放置的其它机构的使用，这样形成的气泡被称为“细气泡”。在此方法中捕获的空气混入淤浆的效果很差，特别对于快速凝固粘结物而言。由于长度对直径的比例和垂直取向，它允许长的停留时间，因而所述的混合器不适于快速凝固。使用该方法制造的产物未被提及。
Thompson的US-P-1,660,402公开了一种生产多孔粘结材料的方法。在第一步骤中在涡旋混合器中首先生产淤浆(如石膏和水)，该混合器不允许发泡剂向计量水中的加料。然后将此淤浆转移入空气混合腔，其中产生空气泡。将空气搅拌入淤浆而不控制淤浆中空隙的数量或形式。然后引入胶化水(如采用皂甙，它是文本中提及可以起发泡剂功能的唯一试剂)，其中此液体用作发泡剂。因此，此方法依赖于在淤浆中产生空气泡之后发泡剂的加入，其中引入的发泡剂进一步增加水到初始数量的水，而不控制硬化本体中气泡的形式。将稀释的发泡剂引入第二混合器，其中此另外的水与在以后设计的预制泡沫中加入的水具有相同的效果。
Mills的US-P-5,013,157公开了制造充气粘结淤浆的方法和装置。将干燥粘结物组分在螺杆混合器中混合；将共混物排入料斗，其中该料斗也在它的底部连接到水进料设备，而其上部未加连接。湿淤浆然后进入另外的螺杆泵，该泵的旋转产生空气吸入，并因此使空气被夹带进入湿淤浆(由于泵的额定容量大于将湿淤浆加入混合入口的速率)。从而形成充气淤浆。
Mason的US-P-5,660,465公开了类似于在以上US-P-5,013,157中公开的方法和装置。在Mason文献中，将水同时加入第一螺杆泵，使得淤浆离开该第一泵。然后将淤浆类似地从斜槽加入料斗，其中该料斗连接到主动位移式渐进腔淤浆泵。通过调节旋转速度，可以调整淤浆对与夹带空气的比例。
在Mills和Mason的以上文献中，每当泵用于夹带空气时，由于提及的这些泵不是混合器并且不能正确地共混，这并不导致有利的结果。这些泵至多可以被称为捏合机，它不能产生泡沫。
以上文献中均未公开成熟到可靠的用于制造石膏板或嵌板的空气注入工业方法。
从而，仍然需要提供能够允许目标在于产生高质量发泡或多孔淤浆的气泡控制的另外的混合装置和方法。
以上文献均未教导或公开本发明。
发明内容
本发明因此提供：
-一种制造凝固多孔粘结物的连续方法，包括如下步骤：(i)将粘结材料、水、发泡剂和任选的添加剂混合成坍落度为至少100mm的自由流动淤浆；随后(ii)将空气注射并分布空气进入步骤(i)的淤浆以形成多孔淤浆；随后(iii)浇铸步骤(ii)的该多孔淤浆；以及最后(iv)允许该多孔淤浆凝固。
-一种制造多孔粘结淤浆的混合设备，包括：(i)至少一个包括粘结物入口以及水和发泡剂入口的第一混合设备，该第一混合器是在制备流体淤浆的条件下操作的高剪切混合器；以及(ii)至少一个包括空气注入机构的第二混合设备，该第二混合器在受控剪切条件下操作。
-一种制造多孔粘结淤浆的混合设备，包括：(i)至少一个包括粘结物入口和水入口的第一混合设备，该第一混合器是在制备流体淤浆的条件下操作的高剪切混合器；(ii)至少一个包括流体淤浆入口和发泡剂入口的附加第一混合设备；以及(iii)至少一个包括空气注入机构的第二混合设备，该第二混合器在受控剪切条件下操作。
-一种制造凝固的发泡粘结物体的装置，包括(a)至少一个根据本发明的混合器，(b)浇铸多孔淤浆的机构，以及(c)移动面材的机构。
优选的实施方案基于使用单独进行的两个混合步骤：第一个步骤混合粘结材料、水和发泡剂。进行第二混合或共混步骤以引入空气。这些混合步骤优选在不同条件下进行，第一步骤是在高剪切下以产生均匀淤浆而第二步骤是在受控剪切和流路下以产生所需的泡沫结构。受控剪切条件是本领域技术人员可依赖于淤浆、空气注入速率，以及最终所需的多孔或空隙结构而选择的那些条件。例如，依赖于淤浆的坍落度，如果人们寻找相当大或相当细的气泡，受控剪切条件倾向于低剪切或倾向于更高剪切(但仍然实质上低于第一混合器的高剪切条件)。共混机的第二混合器以及发泡剂、添加剂的类型等，也都具有影响。本领域技术人员将通过常规试验而得知如何确定并应用受控剪切条件以获得所需的空隙结构。
优选实施方案的基础思路是使用淤浆来作为用于产生发泡淤浆的液体。然后发生发泡而基本上不加入必须伴随预制泡沫的水，这是由于在第二步骤中仅加入空气。这不排除液体添加剂的可选择加入，它优选不超过总淤浆重量的百分之二。这也不排除在第一步骤中使用预制泡沫。这也不排除组分的分阶段加入，其中石膏、水和任选的添加剂将在第一混合器中加入，而在第一混合器的出口附近，在进料到用于提供空气共混的第二混合器之前，将发泡剂加入。
通过应用优选的实施方案，可以由共混条件和流路来控制泡沫气泡的尺寸和分布。产物是发泡体，它可以优化以形成更强或更轻的主体，或使用比现有方法更少的发泡剂和更少的水以生产正常重量板。
实施方案的方法允许高质量粘结淤浆在第一阶段中的优化，和具有受控的(甚至是双态(bimodal)的)气泡尺寸和分布的发泡淤浆。可以将来自石膏混合器的排料分入两个不同的空气共混机以产生双态分布。不同的物料流可以缓和地再结合成真实的双态分布。
高剪切混合器应当优选具有相对小的内部空间与低停留时间，且高剪切应避免在混合器中发生堵塞。采用石膏的受控剪切混合器也优选满足某些标准以防止混合器中发生堵塞或结垢。一个优选的特征是通过内部腔的设计而避免淤浆在排出之前再循环。也可以应用本领域已知的其它特征(在材料移动到排出口时保持入口开启；特殊的衬里和/或挠性壁；在相边界提供加热部件等)。优选，第二共混机产生相对锐的停留时间分布。
本实施方案的另一个因素是通过假定结合进入淤浆中的“净”空气空隙，来对结合进入淤浆的空气进行控制，这是由于进入第二混合器中的淤浆的所有空气将被结合进入最终的粘结物产品。
本发明的方法也提供具有增强性能的石膏板和嵌板。
附图说明
通过结合如下附图来公开本发明。
-图1是本发明的概要说明；
-图2表示本发明的高剪切混合器的第一实施方案；
-图3表示本发明的高剪切混合器的第二实施方案；
-图4、4a和4b表示本发明的受控剪切混合器的实施方案；
-图5表示本发明的受控剪切混合器的第二实施方案；
-图6和6a表示本发明的受控剪切混合器的第三实施方案；
-图7表示本发明的受控剪切混合器的第四实施方案；
-图8表示本发明的受控剪切混合器的第四实施方案。
具体实施方式
以下更详细地公开本发明，其中实施方案以不限制本发明实施的方式给出。
参考图1，公开的实施方案的方法包括(一或多种)干燥组分计量机构1和(一或多种)液体组分计量机构2，多阶段混合器3，和成形设备4，该成形设备是传统的。多阶段混合器3包括优选是高剪切混合器的主混合器5，和优选是受控剪切混合器的第二混合器6。
将发泡剂与其它各种组分(干燥的和液体的)一起计量入第一个混合器。空气计量机构7在第二混合器6中提供。此空气计量机构7输送需要生产多孔淤浆的要求数量的空气。然后由任选的铺展设备6a将多孔淤浆输送到传统的成形设备4。
图2是用于本发明的第一(主)混合器的一个实施方案的概要表示。相似的混合器公开于DE-A-3,138,808，该文献在此引入作为参考。混合器5包括进料入一个设备的干物质和液体计量机构8。该设备使用进入漏斗12的液体溢流。将干燥材料(粘结材料和可能使用的添加剂)计量并结合进入进料设备，该设备排料入漏斗12。将液体添加剂通过管子13a计量入液相。管子切向进入容器13，使液体旋转，从而使该液体在漏斗12的边缘均匀地流动。刮料器9置于漏斗12之内。刮料器9和开放螺杆10由电机驱动，从而保证干燥材料不粘附在壁上。管子15然后进料到旋转高剪切混合器5a。可以使用任何类型的已知高剪切混合器。例子是销式混合器，gorator，转子/定子混合器和盘式混合器。
一种优选的混合器是倾斜盘混合器。在最高点采用排料19的倾斜布置避免环境空气被俘获而进入淤浆。管子15通过入口16连接到混合器。电机驱动的盘17在高速度下在外壳18中旋转。盘在壳体内偏心布置，接触到排料位置的壁，从而避免进料取“捷径”到排料而不通过混合器或最终在混合器中驻留。粘结淤浆然后通过排料出口19离开混合器5a。可以由螺杆10和11对管子13a中的液体流率和/或对粘结材料的流率起作用而实现控制。对于20m3/h的流率，典型尺寸的盘直径约为80cm。
图3是图2的实施方案变体的概要表示。在图3中，我们可以看到漏斗12，容器13，和相关管子13a，进料螺杆11，螺杆10，和管子15。在该实施方案中，安装有在漏斗12中旋转的刮料器-螺杆设备9。它的驱动力由电机(M1)输送到9。另外的轴20在刮料器9和螺杆10内部旋转，其中额外的电机M2驱动该轴20。该轴20相对于螺杆10进一步向下游延伸。轴20在它的底部装配涡轮机21。该涡轮机可以是本领域已知的任何涡轮机，如叶轮涡轮机、刻痕高速盘等。该涡轮机21在高速下旋转，因此在介质中产生高剪切。然后将粘结淤浆通过管子22排出，该管子可任选地装配流量控制阀23。也可以提供在空间14中或在沿管子15任何其它位置用于检测混合物料位的传感器24(该传感器也可以在图2的实施方案中提供)。这样的传感器允许更好的控制，其中传感器24可通过螺杆10和11来对控制阀23和/或管子13a中的流量和/或粘结材料的流量进行支配。典型的尺寸是直径约20cm，且混合区长度为直径的一到两倍。
将离开高剪切混合器的粘结淤浆，如在图2和3中实施的那些，但不限于它们，然后被送到受控剪切混合器，其中将粘结淤浆与空气共混以产生多孔粘结淤浆。对于该目的，可以使用多种受控剪切混合器。
一种共混机可包括用玻璃、金属、合成材料或陶瓷制备的多孔烧结板。这样的多孔烧结板的孔尺寸可以为约十微米，厚度为约几个毫米。如在DE-A-2,117,000和US-P-6,376,558中公开的空气注入设备是适用的。值得注意的是，在一部分壁包括多孔烧结玻璃的情况下，在外壳中设置搅拌器是适当的。多种搅拌器(螺杆，线搅拌器等)是适用的。或者，可以使用浸渍腿或任何其它合适的空气注入设备注入空气。空气也可由多个孔，或通过筛网，或优选通过注入空气的喷嘴引入。
图4公开了第二共混机的第一个例子。它主要由水平管30与沿它长轴的旋转搅拌器轴31组成。搅拌器由可变驱动器32驱动。初级淤浆进料的取向不是必要因素。然而优选的实施方案是从水平管的顶部切向进入。用以适应淤浆在第二混合器的平均停留时间的进料器孔口33的不同定位是可能的。出于相同的目的，分离盘34可根据淤浆的需要来对盘的有效体积加以调整。搅拌器可以是“松鼠笼类型”30a，如图4a所示。如图4b所示，搅拌器可包括用于调和的其它机构，例如辅助金属线30b和/或螺杆状弹簧30c。充气淤浆通过与接收端相对的出口35离开共混机。出口35的取向优选是上侧以保持共混机充满。可以通过沿管底部侧面布置的烧结体36注入空气。空气带有压力并由阀门37和流量计38计量。未在此显示的变化方案是如下情况：壳体是锥形且更大直径在排料端。在此情况下壳体的底部侧可以水平使得搅拌器轴到排料方向的指向是向上的。
图5公开了一种不同类型的第二共混机。它主要由如下部分组成：垂直圆筒形混合容器40，淤浆进料可以在中心的底部，如41中所示，或用于空气注入的侧面和烧结组件42。具有(任选地)可变驱动器44和搅拌组件45的搅拌器产生发泡产物。阀门46和流量计47控制空气流。排料是在上部，淤浆作为溢流离开。用于计量的液体添加剂的入口49是任选的。
图6所示的第二共混机也是垂直共混机。通过一个或多个喷嘴50引入空气，该喷嘴可以安装成沿混合器周缘切向注入空气。初级淤浆51的进料相对于混合容器下端呈切向。淤浆和空气的进料在文丘里喷嘴中汇合，产生预共混物。出口52在上部，如在先前图中那样。搅拌器53装备多个优选由金属或塑料制成的弹性线54。用于计量的液体添加剂的入口55是任选的。图6a是此实施方案的顶视图。
在此处未显示的图5和6的共混机的变化方案中，共混机容器在顶部端关闭，但在出口以上留出一定的空间。在罩的上侧是用于感测淤浆料位的料位传感器，以及装配有测压计、压力控制阀和流量计的管子。压力控制阀由料位传感器以一定的方式支配，使得淤浆的料位关于排料保持恒定。测压计用来监测在排料/分布系统中是否有累积阻力。与流量计47协作的流量计用来监测夹带空气的比例。它也允许溢流排料在例如分布盘的阻力下工作。
图7公开了本发明的实施方案，它们结合如下步骤：注入空气和在饰面材料上铺展发泡淤浆。将粘结淤浆从高剪切混合器通过排料管60(它可以连接到图2和3中实施的设备或任何其它合适的主混合器)排出。如本领域已知的那样，与发泡淤浆相比，非发泡粘结淤浆铺展没有变化，所述发泡淤浆当存在大气泡时可分离或可以在移动长度上聚结。因此，在本实施方案中，粘结淤浆在板61上铺展。粘结淤浆然后从板61流入水平共混机62，在一些方面相似于图4中设计的概念，然而是以横向流工作而不是沿它的轴。此共混机62用作搅拌和空气注入设备，包括具有垂直后部63和前壁67和半圆形底部的矩形容器。标记为64的圆形部分的下部包括多孔烧结组件65，它可在周缘的约10至50％上延伸。将空气通过该烧结组件注入粘结淤浆以形成多孔淤浆。在圆形部分中配备的旋转搅拌器66将保证空气与淤浆的共混。搅拌器优选但不限于图4a或4b中所绘出的类型。将该充气淤浆在跨越该设备的宽度上排料，它不需要在饰面材料的宽度上再次铺展。因此，与现有技术相对比，其中发泡淤浆在离散位置倾注，可以由充气淤浆到面材上的连续或一致流动而避免气泡尺寸梯度。充气淤浆离开共混机，在壁67上流动，接着与饰面材料68接触。优选分隔壁69基本位于混合器的中心位置并接近搅拌器，以如需要清洁搅拌器并保证仅有充气材料在饰面材料上沉积。共混机如泵那样工作而以逆时针方向旋转，以将充气淤浆移动到面材。对于20m3/h流量的初级淤浆的典型尺寸是约250mm的圆形部分直径和约1200mm的宽度。
图8公开了用于本发明的第二混合器的进一步变化方案，用于实验室规模开发。它包括机筒70，与三通71，该三通在它的底部用于通过管子72接收淤浆(它可以根据任何高剪切工艺制造)并通过管子73接收空气。空气和淤浆在三通中混合到某种程度，混合物然后进入机筒70。机筒70装备旋转轴，该旋转轴带有搅拌器叶片74a，74b等，例如每区段8个叶片，其中轴包括例如4个区段，并且下部区段接近到机筒70的入口。机筒70显示倾斜顶部排料75。例如，机筒可以为约90mm内径，及叶片为约40mm半径和1mm厚。机筒直到排放倾斜部分75的最下部为约210mm高，且叶片沿轴每个间隔约60mm。在机筒内部的三通的入口直径为约15mm。
使用喷嘴注入空气对于本发明的一些实施方案是有益的。在注入之后空气在淤浆中的膨胀，特别是通过喷嘴膨胀，在一些方面对于空气分布是有益的。同样，喷嘴使设计更简单且较不易于与凝固石膏脱离开而且如果使用和在使用时更耐纤维。
用于本发明的高剪切混合器典型地是这样的混合器，其中的圆周速度通常为至少400m/min，优选500至700m/min，且平均停留时间为1至10秒，从而产生均匀而无结块的淤浆。
第二共混机的特征通常为适当地通过淤浆分布空气的能力(此共混机或混合器的特征通常不能为单独的剪切或速度)。操作条件依赖于混合器的基础设计，引入空气的机构，淤浆的粘度，平均停留时间和所需的空气泡尺寸分布。本领域技术人员知道如何由常规测试适应尺寸和旋转速度，使得最终操作条件保证气泡进入淤浆的良好共混。如果已经采用细分气泡引入空气，为均化共混物而平缓共混通常是足够的。在其中将空气以大气泡或作为连续流引入的情况下，混合器应当能够使气泡尺寸减小，如果这样要求的话。在图4所示类型的水平管混合器或图5和6所示的垂直混合器中，该混合器含有扫帚类型搅拌器，操作模式可以由线速度和线数目乘平均停留时间的积描述。然后在常规测试之后确定数值。
本发明还提供制造含有密度高于芯的层和/或边缘的护墙板的方法。已知通过在将淤浆浇铸到移动带上时，通过施加特定的石膏淤浆流产生硬边缘。在本发明的实施方案中，由高剪切混合器产生的一部分淤浆，它不发泡或发泡到相当低的程度，被转移并用作硬边缘的物料流。相似地，由高剪切混合器产生的一部分淤浆可用于生产在发泡芯和面材之间存在的密集层。在那个方面，读者可参照Bruce的US专利5,085,929和5,116,671，这些文献由此引入作为参考。也在本发明范围内的是在第一混合器中使用少量预制泡沫，例如用以获得给定密度的边缘(例如如果非发泡淤浆导致太硬的边缘)。结合进入的预制泡沫数量取决于所需的最终性能。
宽气泡分布也可以由多于一个空气共混机达到，每个空气共混机形成分布的一部分。那些分布然后再结合以形成所需的分布。
获得的多孔粘结淤浆包括各种尺寸的气泡。本发明的本实施方案允许兼顾以协调气泡的尺寸和它们在密集淤浆中隔离的倾向。可以在第二共混机的气泡尺寸中获得双态分布。尽管不是优选的，可以预期在第一高剪切混合器中注入小体积的泡沫以产生由非常小气泡轻化的淤浆。在这样的情况下，配置第二混合器中的直接空气注入以产生更大气泡并因此产生所需平衡的双态分布。
粘结材料可以是由水凝固的任何材料。优选粘结材料是石膏，即可水合硫酸钙(无水石膏或α-或β-半-水合物)。它也可以是任何已知的水硬基料。粘结材料通常是平均粒度为5至100μm的细粒状粉末。本发明的具体实施方案特别设计用于凝固时间小于30min，优选小于20min，更优选小于10min的快速凝固粘结物。
材料也可包括聚集体和/或填料。聚集体是平均尺寸基本高于粘结物的惰性粒子。填料是平均尺寸基本低于粘结物的惰性粉末。填料的例子是煅烧的二氧化硅、飞灰、高炉渣、微小二氧化硅和细石灰石。可能聚集体的例子是轻质蛭石、珍珠岩、微球，和膨胀页岩，而重聚集体是二氧化硅或石灰石沙子。
可以使用的发泡剂可以是，但不限于在石膏板领域中使用的任何一种如烷基-醚-硫酸盐和/或烷基-硫酸盐。例子可以发现于如下公开文献，这些文献在此引入作为参考。US-P-4676835，US-P-5158612，US-P-5240639，US-P-5085929，US-P-5643510，WO-A-9516515，WO-A-9723337，WO-A-0270427和WO-A-0224595。使用的发泡剂数量是传统的，可以为0.01至1g/l的淤浆(表达为相对于淤浆固体内容物的活性材料)。
在一个实施方案中，淤浆和获得的凝固粘结材料包括纤维。纤维的数量典型地为0.05至5vol％，基于初级淤浆的体积。它们典型地为3至20mm长和直径典型地为10至20μm。玻璃纤维或高模量合成纤维是合适的。在其它实施方案中，本发明在纤维不存在下实施。在纤维不存在下意味着数量小于0.01wt％，优选小于0.001％(仅非故意的杂质)且典型地根本不存在任何纤维。纤维是本领域典型使用的任何纤维。读者可以参考US-P-6,443,258，它在此引入作为参考。“在纤维不存在下”不排除纤维素材料的存在，该纤维素材料特别地源自再生材料，如典型地用于本领域那样。
获得的凝固粘结材料可具有可在宽极限内变化的空隙体积。硬化粘结材料的空隙空间由两类组成：由蒸发水留下的空隙和由空气产生的气泡。通常，水空隙的体积仅依赖于水/石膏比例，而充气工艺可控制空气泡体积。对于石膏，水空隙为约40至约65vol％或W/P比例为0.45至1.05。分别对于给定W/P比例，即0.65，对于密度900至200kg/m3，的空气泡体积为约25vol％至约83vol％。因此，如对于给定密度400kg/m3和0.65的W/P比例，发现水空隙为约17.5vol％且气泡体积为约65.5vol％，导致约83vol％的总孔体积。因此，凝固组合物中的总vol％可在宽极限内变化；它可以在一个实施方案中为47至95vol％而在另一个实施方案中它为53至75vol％。
面材材料是以常规方式用于本领域的那些。在一个实施方案中，面材是纸。在另一个实施方案中，面材材料是非织造垫，优选玻璃垫或由其它纤维(如合成纤维或纤维素纤维和合成纤维的混合物)形成的垫。也可以预期具有两个或多个不同组成和取向纤维的复合面材的使用。粘结淤浆可部分在面材中渗透，完全地，或面材可甚至在粘结物芯中嵌入。
获得的板可以是芯密度为200至1100kg/m3的密集板或轻质板。
应当理解传统上用于本领域的任何添加剂也可用于本方法。添加剂是影响淤浆特性的那些如阻滞剂/促进剂但不限于这些，以及影响最终产物特性的添加剂，如抗水剂和杀虫剂但不限于这些。如本领域技术人员认识到的那样，添加剂的范围非常宽。
可以加入本领域已知的用于改进机械和/或美学性能的树脂。单独或结合的有益树脂的例子是：聚丙烯酸类、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚烯烃、聚氨酯、纤维素、聚醇、聚酰胺、聚酯、聚醚、聚酚、聚硫化物、聚砜、硅氧烷、氟聚合物。这些类型的树脂可以在共聚物中结合或采用其它组合，如作为苯乙烯-丁二烯共聚物。
配对阻滞剂/促进剂的例子是常规石膏阻滞剂/BMA、聚丙烯酸钠/硫酸铝和膦酸钠/硫酸锌。
也可以使用气泡稳定剂。
也可以使用水溶性粘度改进剂。例子是聚合物(纤维素类，聚醇，聚氨酯，聚酯，聚醚，聚丙烯酸类，其共聚物和三元共聚物)、粘土(改性的/天然的)、煅烧的二氧化硅、疏水性改进或表面改性添加剂。
在常规石膏板生产中，与相同水/石膏比例的离散实验室样品相比，来自混合器的淤浆具有变硬的倾向。此现象与强制凝固促进和如下事实相关：常规的连续石膏板混合器可以保持一部分淤浆比平均停留时间更长的时间。因此，在本领域公知的是结合阻滞剂和促进剂或延迟第一硬化以尽可能接近成形时刻。
本发明的实施方案的两步骤混合方法允许人们通过分隔两种添加剂的加入时间和位置提高所需的效果，其中阻滞剂在第一步骤中加入，而促进剂在第二步骤中加入。
此外，已经发现与中和阻断剂的向产物第二混合器中的加料相结合，更多或更少完全阻断再水合的向产物第一混合器的加料对于方法是有利的。添加剂的这样配对是作为阻断剂的聚丙烯酸钠(如分子量为约2000)和作为中和剂的铝盐如硫酸铝。对于本公开内容的目的，阻断剂/解阻断剂(中和剂)描述为阻滞剂/促进剂。促进剂典型地就在第二混合器的入口加入。
一个实施方案包括如下步骤：首先制备石膏和水(任选地带有添加剂)的淤浆但没有发泡剂。然后在制备淤浆之后加入发泡剂；典型地就在第二混合器的入口(即在将促进剂加入第二混合器的同时)注入发泡剂。初始不加入发泡剂也可进一步降低第一混合器中的空气夹带，如果存在的话。
在另一个优选的实施方案中，将发泡剂与促进剂一起加入。由于证明能改进促进剂效率，这带来额外的益处。同样，淤浆与发泡剂在计量水中的倾注时间低于将发泡剂与促进剂一起加入的情况。
在第一混合器之后加入发泡剂的实施方案对于护墙板生产线特别有用，其中高剪切混合器(典型地销式混合器)用作本发明的第一混合器，而没有空气夹带的任何基本危险。在此实施方案中获得的基体推测为更强。
添加剂的例示数量是0.1至5wt％。
对于坍落度的测量，人们使用Schmidt环。应用NF B 12-401或ISODIN 3050标准(Schmidt环：内径60mm，高度50mm)。在将石膏洒入水中15sec并让它浸泡30s之后，在填充Schmidt环之前搅拌混合物30s。在1min 15s取出环并测量铺展淤浆的直径。
实施例
采用如下组成制备为比较挠曲强度的样品：
  组分   重量(php，对于100份石膏)
  石膏   100
  球磨机促进剂   0.44
  淀粉   0.48
  钾碱(干燥)   0.1
  阻滞剂液体35％活性   0.014
  增塑剂液体40％活性   0.27
  发泡剂液体40％活性   0.16
  水   70
在实验室中用于制造常规配制剂的方法如下。将除钾碱以外的干燥组分一起称重并干燥共混。将发泡剂以30％计量水共并和在Waring共混机中发泡60秒。称重水70％的增塑剂，阻滞剂和钾碱，共混在一起并分隔以防止发泡。在具有线扫帚混合连接的碗中将干燥组分放入Hobart旋转轨道混合器。将水和添加剂倾在干燥材料上和在速度2搅拌5秒。停止混合器并将速度改变到速度3。将预制泡沫加入混合碗并以速度3混合5秒。停止混合器并将淤浆倾入护墙板薄纸板的夹套。薄纸板由在12.5mm的设计厚度布置的垂直壁支持。将样品从支持物脱除并修整到最终凝固尺寸。然后将它在高初始温度下和低最终温度下在高空气流条件下干燥直到干燥。将样品在40℃下调节24小时。然后将它称重并在三点挠曲测试中破坏。
本发明实施方案的直接空气注入方法如下。将除如果存在的钾碱以外的干燥组分一起称重，并干燥共混。将水，增塑剂，阻滞剂发泡剂和如果存在的钾碱称重，并共混在一起。将干燥物加入湿料。采用是厨房混合器的高剪切混合器混合组分，几秒内模拟图3中的混合器30s到220mm的流体稠度。在100l/h的速率下泵送淤浆入图5的共混机，并通过烧结底部，在1000l/h速率下注入空气和获得排料。成形，干燥和测试过程然后与上述相同。
获得的样品具有如下性能：
  性能   比较   本发明
  厚度(mm)   12.46   12.47
  密度(g/cm3)   0.617   0.627
  塑性屈服(MPa)   0.98   1.16
  扬氏模量(MPa)   1374   1711

Claims (54)

1.一种制造凝固多孔粘结物的连续方法，包括如下步骤：
(i)将粘结材料、水、发泡剂和任选的添加剂混合成坍落度为至少100mm的自由流动淤浆；随后
(ii)将空气注射和分布到步骤(i)的淤浆中以形成多孔淤浆；随后
(iii)浇铸步骤(ii)的该多孔淤浆；以及最后
(iv)允许该多孔淤浆凝固。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(i)在纤维不存在下进行。
3.如权利要求1所述的方法，其中步骤(i)在纤维存在下进行。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中步骤(i)在高剪切混合条件下进行。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中步骤(ii)在受控剪切混合条件下进行。
6.如权利要求5所述的方法，其中步骤(ii)在低剪切混合条件下进行。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的方法，其中步骤(i)在加入的预制泡沫不存在的条件下进行。
8.如权利要求1至6中任意一项所述的方法，其中步骤(i)在加入的预制泡沫存在的条件下进行。
9.如权利要求1至8中任意一项所述的方法，其中在步骤(i)获得的淤浆的坍落度为至少150mm。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的方法，其中在步骤(i)获得的淤浆的坍落度为200至250mm。
11.如权利要求1至10中任意一项所述的方法，其中在最终凝固产物中，由水空隙产生的孔体积为20至65vol％并且由注入空气产生的泡孔体积为3至50vol％。
12.如权利要求1至11中任意一项所述的方法，其中在最终凝固产物中，总孔体积为47至95vol％。
13.如权利要求1至11中任意一项所述的方法，其中在最终凝固产物中，总孔体积为53至75vol％。
14.如权利要求1至13中任意一项所述的方法，其中对水对粘结物比例为0.25至1.1，优选0.45至0.85。
15.如权利要求1至14中任意一项所述的方法，其中粘结物是硫酸钙α-半-水合物、硫酸钙β-半-水合物或其共混物。
16.如权利要求1至15中任意一项所述的方法，其中粘结物进一步包括至少一种聚集体和/或至少一种填料。
17.如权利要求1至16中任意一项所述的方法，包括加入用于步骤(i)中粘结物凝固的阻滞剂和促进剂。
18.如权利要求1至16中任意一项所述的方法，其中步骤(i)进一步包括阻滞粘结物凝固的步骤，而步骤(ii)进一步包括促进粘结物凝固的步骤。
19.如权利要求17或18所述的方法，其中粘结物是石膏，而且通过在步骤(i)之前或与步骤(i)同时加入常规石膏阻滞剂获得对石膏凝固的阻滞，并且在步骤(ii)之前或与步骤(ii)同时加入BMA获得对石膏凝固的促进。
20.如权利要求17或18所述的方法，其中粘结物是石膏，而且通过在步骤(i)之前或与步骤(i)同时加入聚丙烯酸钠获得对石膏凝固的阻滞，并且在步骤(ii)之前或与步骤(ii)同时加入硫酸铝获得对石膏凝固的促进。
21.如权利要求17或18所述的方法，其中粘结物是石膏，而且通过在步骤(i)之前或与步骤(i)同时加入膦酸钠获得对石膏凝固的阻滞，并且在步骤(ii)之前或与步骤(ii)同时加入硫酸锌获得促进粘结物的凝固。
22.如权利要求1至21中任意一项所述的方法，其中步骤(i)和/或步骤(ii)进一步包括将强度增强树脂加入淤浆的步骤。
23.如权利要求22所述的方法，其中强度增强树脂是苯乙烯-丁二烯共聚物。
24.如权利要求1至23中任意一项所述的方法，其中步骤(i)和/或步骤(ii)进一步包括将气泡稳定剂加入淤浆的步骤。
25.如权利要求1至24中任意一项所述的方法，其中步骤(i)和/或步骤(ii)进一步包括将水溶性粘度改进剂加入淤浆的步骤。
26.如权利要求1至25中任意一项所述的方法，其中步骤(i)包括两个子步骤(a)和(b)，其中子步骤(a)包括混合粘结材料、水和任选的添加剂的步骤，而子步骤(b)包括将发泡剂加入子步骤(a)的淤浆的步骤。
27.如权利要求26所述的方法，其中子步骤(a)进一步包括加入阻滞剂的步骤，而子步骤(b)进一步包括加入促进剂的步骤。
28.如权利要求26或27所述的方法，其中子步骤(a)在高剪切混合条件下进行。
29.如权利要求26或27所述的方法，其中子步骤(b)在低或受控剪切混合条件下进行。
30.如权利要求1至29中任意一项所述的方法，包括在步骤(i)和步骤(ii)之间，在引入空气之前铺展步骤(i)的淤浆的步骤。
31.如权利要求1至30中任意一项所述的方法，其中步骤(iii)包括将该淤浆在至少一种移动面材上沉积以形成多孔核的步骤。
32.如权利要求1至31中任意一项所述的方法，其中步骤(iii)包括将该淤浆在至少一种移动面材上沉积以形成多孔核的步骤，并且进一步包括转移步骤(i)中获得的一部分淤浆作为邻近地沉积到多孔核的物料流。
33.如权利要求1至31中任意一项所述的方法，其中步骤(iii)包括将该淤浆在至少一种移动面材上沉积以形成多孔核的步骤，并且进一步包括转移步骤(i)中获得的一部分淤浆作为沉积到多孔核之上和/或以下的物料流。
34.如权利要求31至33中任意一项所述的方法，其中移动面材是纸。
35.如权利要求31至34中任意一项所述的方法，进一步包括在粘结物凝固之后脱除面材的步骤。
36.如权利要求31至33中任意一项所述的方法，其中移动面材是非织造垫，优选玻璃垫。
37.如权利要求1至36中任意一项所述的方法，其中步骤(ii)包括在注射和分布之间膨胀空气的子步骤。
38.一种制造多孔粘结淤浆的混合设备，包括：
(i)至少一个包括粘结物入口以及水和发泡剂入口的第一混合设备，该第一混合器是在制备流体淤浆的条件下操作的高剪切混合器；以及
(ii)至少一个包括空气注入机构的第二混合设备，该第二混合器在受控剪切条件下操作。
39.一种制造多孔粘结淤浆的混合设备，包括：
(i)至少一个包括粘结物入口和水入口的第一混合设备，该第一混合器是在制备流体淤浆的条件下操作的高剪切混合器；
(ii)至少一个包括流体淤浆入口和发泡剂入口的附加第一混合设备；以及
(iii)至少一个包括空气注入机构的第二混合设备，该第二混合器在受控剪切条件下操作。
40.如权利要求39所述的混合设备，其中(ii)的至少一个附加第一混合设备被结合进入(i)的高剪切混合器。
41.如权利要求39所述的混合设备，其中(ii)的至少一个附加第一混合设备被结合进入(iii)的受控剪切混合器。
42.如权利要求38至41中任意一项所述的混合设备，其中第二混合器在低剪切条件下操作。
43.如权利要求42所述的混合设备，其中受控剪切条件包括适于产生所需多孔结构的剪切条件。
44.如权利要求38至43中任意一项所述的混合设备，其中第一混合器包括连接到高剪切旋转混合机构的计量和进料机构。
45.如权利要求38至44中任意一项所述的混合设备，其中第一混合器包括圆形外壳中的同心或偏心旋转盘。
46.如权利要求38至44中任意一项所述的混合设备，其中第一混合器包括涡轮机。
47.如权利要求38至46中任意一项所述的混合设备，其中通过多孔烧结部件将空气引入第二混合器。
48.如权利要求38至46中任意一项所述的混合设备，其中通过一个或多个喷嘴将空气第二混合器。
49.如权利要求38至46中任意一项所述的混合设备，其中将淤浆和空气通过三通加入，该三通装配一个或多个喷嘴。
50.如权利要求38至49中任意一项所述的混合设备，其中第二受控剪切混合器包括伸长体，位于该伸长体底部的空气注入机构，和沿该伸长体轴的共混机构。
51.如权利要求50所述的混合设备，其中共混机构包括轴和在间隔间隙下布置和连接到该轴的刚性或柔性丝线。
52.如权利要求38至51中任意一项所述的混合设备，其中第二混合器包括用于铺展来自该第一高剪切混合器的淤浆的机构。
53.如权利要求52所述的混合设备，进一步包括用于将来自该第二受控剪切混合器的多孔淤浆铺展到移动饰面材料上的机构。
54.一种制造凝固的发泡粘结物体的装置，包括(a)至少一个根据权利要求38至53任意一项所述的混合器，(b)用于浇铸多孔淤浆的机构，以及(c)用于移动面材的机构。
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