JP2001247353A - 石膏・ウッドファイバーボード製造のためのメチレンエディフェニルジイソジアネートの添加構成 - Google Patents

石膏・ウッドファイバーボード製造のためのメチレンエディフェニルジイソジアネートの添加構成

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JP2001247353A JP2000404610A JP2000404610A JP2001247353A JP 2001247353 A JP2001247353 A JP 2001247353A JP 2000404610 A JP2000404610 A JP 2000404610A JP 2000404610 A JP2000404610 A JP 2000404610A JP 2001247353 A JP2001247353 A JP 2001247353A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 石膏ボードまたは建築製品の引張強度、曲げ
強さ、クギ・ネジ保持性及び対衝撃性を改善することを
目的とする。 【解決手段】 ジイソシアネート特にメチレンエディフ
ェニルジイソジアネート（ＭＤＩ）を硫酸カルシウム材
料及びセルロースファイバからなる水性スラリに加る際
に、ここでスラリが維持される条件下で安定なエマルジ
ョンとしてＭＤＩを加える工程を含む方法。この方法に
は更に、ＭＤＩを含むスラリを平担で多孔性の形成面上
に通過させフィルタケーキを形成する工程と、フィルタ
ケーキから多孔性形成面を経て大量の水分を除去する工
程と、フィルタケーキをプレスしてボードを形成し更に
水分を除去する工程と、ボードを乾燥させ残留する自由
水を除去する工程とが含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は改良された複合材
料、特に建築製品の製造に有用な改良された物理特性を
有する複合石膏・セルロースファイバ材料に関する。更
に詳細には本発明はボード製造工程中石膏及びウッドフ
ァイバにメチレンエディフェニルジイソジアネート（Ｍ
ＤＩ）エマルジョンを加えることにより高める物理特性
を有するＭＤＩ含浸された石膏・ウッドファイバ建築ボ
ードに関する。
【０００２】
【従来の技術】石膏（硫酸カルシウム二水化物）のある
特性のにより、石膏は工業用及び建築用製品、特に石膏
ボードの製造に極めて一般的に使用され得る。脱水及び
再水和の工程を経て有用な形状に鋳造、成形あるいは形
成可能な原料であり、豊富に存在し一般に低廉である。
また湿気を受けて非可燃性であり比較的寸法的に安定で
ある。一方石膏は通常引張強度及び曲げ強さが比較的低
く、もろい結晶材料であり、その使用は通常非荷重支承
及び非衝撃吸収の用途に限定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】石膏ボードは複数枚の
ペーパカバーシートとその間に挟まれる再水和石膏コア
からなる石膏ボード若しくはドライウォールとして知ら
れ、主に内壁及び天井に使用される。石膏コアはもろく
クギ・ネジ保持性が低いので、従来のドライウォール自
体は重い荷重を支承できず大きな衝撃を吸収できない。
従って石膏ボードまたは建築製品の引張強度、曲げ強さ
クギ・ネジ保持性及び耐衝撃性を改善する構成が依然強
く求められている。
【０００４】別の容易に入手可能で建築製品に広く使用
される豊富な材料は特にウッド及びペーパファイバ状の
リグノセルロース材料である。例えば用材に加え、パー
ティクルボード、ファイバーボード、ウエハーボード、
合板及びＡｈａｒｄボード（密度の高いファイバーボー
ド）は建築業界に使用される処理されたリグノセルロー
ス材料製品の一部である。このような材料は石膏ボード
に比べ、引張強度及び曲げ強さが良好である。一方この
材料は一般にコストが高く、耐火性が悪く、低い密度の
製品に対し十分な強度を与えることができない。従って
セルロース材料から造られた建築製品のこれらの使用制
限を除去する十分に供給可能な構成が望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】石膏及びセルロースファ
イバ、特にウッドファイバの望ましい特性を組み合わせ
る周知の方法は共にユナイテツド・ステイツ・ジプサム
・カンパニーに譲渡された米国特許第５，８１７，２６
２号及び第５，３２０，６７７号に詳示されている。本
発明の１目的は米国特許５，８１７，２６２号及び第
５，３２０，６７７号の教示を改良し、強度、耐衝撃
性、クギ・ネジ保持性、及び寸法安定性を改善した石膏
・ウッドファイバボード（ＧＷＦ）を提供することにあ
る。
【０００６】一般に米国特許第５，８１７，２６２号及
び第５，３２０，６７７号に開示されるように、複合Ｇ
ＷＦ材料を製造する方法は重量約０．５〜３０重量％
の、好ましくは３〜２０重量％のウッドファイバを粉砕
し未焼成の石膏のそれぞれの材料を混合することから開
始する。乾燥したこの混合物を十分な液体好ましくは水
と混合して水を約７０〜９５重量％含む希釈スラリを形
成される。このスラリは約２８５〜３０５度Ｆの温度で
オートクレーブのような圧力容器内で処理され、これに
より石膏が針状の硫酸カルシウム半水化物に十分に変換
される。緩く攪拌してファイバの固まりを分解しスラリ
を連続的に攪拌し、全ての粒子を懸濁状態に保持するこ
とが望ましい。半水化物が形成され半水化物結晶として
溶液から沈殿した後、スラリをオートクレーブから放出
するとき製品スラリへの圧力が解放される。スラリに他
の望ましい添加剤の付加はこの時点である。依然として
高温である間に、スラリは多孔性フェルトコンペア上に
スラリを分布するヘッドボックスに与える。コンペア上
にある間スラリはフェルトコンペアを経て水分を脱水す
る真空ポンプにより脱水され、フィルタケーキをコンペ
ア面上に形成する。９０％もの未焼成水を真空ポンプに
よりフィルタケーキから除去できる。加熱したスラリの
温度は、スラリが実質的に脱水させ湿潤プレスされてボ
ードとなるまで、約１６０度Ｆより高い温度に維持す
る。脱水によりフィルタケーキを再水和が開始する温度
まで冷却する。一方外部冷却して許容時間内で再水和を
得るに十分低い温度にすることが依然として必要であ
る。
【０００７】広範に再水和が生じる前に、フィルタケー
キを湿潤プレスして所望の厚さないしは密度のボードに
形成されることが好ましい。ボードが特殊な表面テクチ
ャ若しくは積層表面仕上げを与える必要がる場合、この
工程中あるいは次の処理工程で行うことが好ましい。好
ましくは圧力を次第に上昇し製品に一体性を保持させる
湿潤プレス工程中、２つの事象が生じる、即ち（１）例
えば約５０〜６０％の残留水が更に除去され、（２）こ
の脱水の結果フィルタケーキが迅速に再水和が生じる温
度まで更に冷却される。硫酸カルシウム半水化物は水和
して石膏となり、従って針状のカルシウム半水化物結晶
がウッドファイバ内及びその周囲に石膏結晶に変換され
る。再水和が完了した後、ボードは切断されトリミング
処理されて、所望ならば次にキルンに送られ乾燥され
る。好ましくはこの乾燥温度は表面の石膏の再焼成を避
けるに十分なほど低く維持する必要がある。
【０００８】ＧＷＦ製品はこれまで単一の内部結合剤と
しての石膏に依存していた。単一のコア結合剤としての
石膏の使用は５５ｐｃｆ（立方フィート当たりのポン
ド）外部外装及び６５ｐｃｆ下敷製品のような高い密度
のＧＷＦ製品に対し良好な効果があるが、低い密度の製
品に対しては十分な強度を与えることができなかった。
特に石膏のみのＧＷＦ製品は家具部品あるいは他のウッ
ドを主とする用途のような密度の低い製品にとっては曲
げ強さや剛性が不十分であることが判明した。従ってＧ
ＷＦ製品の物理特性を改良する方法が求められた。
【０００９】１９８０年当初からイソシアナートの水性
が分散したものが、市販から入手可能になった。特にジ
イソシアナートを主に使用した分散物ＭＤＩの１は従来
のフェノールホルムアルデヒド樹脂に代えてパーティク
ルボード及び延伸ストランドボード（ＯＳＢ）の結合剤
として許容できる。ＭＤＩのＧＷＦ製品への用途を考え
ると、上述したＭＤＩエマルジョンシステムは結合剤と
しての石膏より多くの利点を有している。ＭＤＩはセル
ロースファイバ上でヒドロキシ基と化学結合可能であ
り、またイソシアナート基と水との反応によりそれ自体
架橋可能な熱硬化性樹脂となる。触媒は判断して使用さ
れるが、所望ならばこれら反応のいずれかを選択的に触
媒作用させ得る。ＭＤＩはまた湿気に対し抵抗性があ
り、ＧＷＦパネル内において好適に使用されると、曲げ
強さ、引張強度、クギ・ネジ保持性及び耐衝撃性のよう
な物理特性が得られる。
【００１０】ＧＷＦスラリに添加されるＭＤＩのような
結合剤は２条件を満足する必要がある、即ち（１）結合
剤はヘッドボックス内に存在する温度及び化学状態で安
定である、（２）結合剤はベースマット内に保持させる
必要がある。これらの条件によりＭＤＩをＧＷＦ製品に
含ませる周知の構成が阻止されていた。
【００１１】スラリの全固形分に基き約２重量％の低い
レベルでＧＷＦ製品内に添加するコア添加剤として適切
にＭＤＩを使用する従来の方法では不成功に終ってい
た。従来の方法ではＭＤＩはヘッドボックス内で水と直
ちに反応し重合してブラウンのポリマ材料になり、この
結果ＭＤＩはＧＷＦベースマット内に局在したポリウレ
ア固形分状態で保持される。この従来の方法で受ける反
応及び局在は、ＭＤＩは結合剤として作用せず、不活性
充填剤として製品のコア内に保持されるため、望ましく
ない。この状態ではＭＤＩはＧＷＦ製品に対し強度を増
加しない。ＭＤＩと水の予備混合物を使用する場合安定
性が極めて制限され、不都合な結果となることがテスト
から判明した。
【００１２】ＧＷＦ処理工程でＭＤＩを好適に使用する
ことは、ＭＤＩがボード形成工程である時間後に重合す
るようヘッドボックス内で安定しているか、ＭＤＩはフ
ィルターケーキあるいはベースマット内に保持するかに
よって決定される。更に詳述するに、ＭＤＩ添加剤はヘ
ッドボックス内のほぼ１８０〜２０５度Ｆで安定し、ま
たスラリ内に存在するイオン環境内で安定にする必要が
ある。スラリ内の石膏及び各種の添加剤により各種な多
価陽イオンが発生する。Ｃａ＋２イオンは石膏が可溶性
の結果約１８００ｐｐｍの濃度で存在する。Ａｌ＋３あ
るいはＫ＋イオンは使用する各種添加剤により存在可能
である。Ａｌ＋３イオンは通常９００ｐｐｍの濃度内に
存在するが、最大は９０００ｐｐｍにすることも可能で
ある。Ａｌ＋３イオンは一般に促進剤みょうばんＡｌ２
（ＳＯ３）４から誘導される。Ｋ＋イオンは通常４５０
０ｐｐｍ濃度であり、促進剤硫酸カリウムＫ２ＳＯ４か
ら誘導される。従って乳化剤若しくは界面活性剤でＭＤ
Ｉを安定化することが望ましい。ＭＤＩは水に対し可溶
性ではないため、安定化する界面活性剤の使用が更に要
求される。
【００１３】代表的なエマルジョンでは、水、ＭＤＩ及
び好適な界面活性剤は高い剪断の下で混合されＭＤＩは
小さな水滴状態で分散される。混合によりシステムに与
えられるエネルギにより、結果としてのエマルジョンの
粒径が大きく制御される。ＭＤＩの予備混合物の場合の
ように、好適な界面活性剤の存在下で、水中のＭＤＩ粒
子の分散は２つの別個の相に分離する。界面活性剤は個
々のＭＤＩ粒子を安定化することによりこの相分離を防
止させるように作用する。微視的レベルでは、界面活性
剤は水溶液内に外側へ向って配向された親水性部分及び
ＭＤＩ滴面と隣接して配向された疎水性部分を有する層
を形成するＭＤＩ・水間の界面へ移行する。このような
下では、界面活性剤はホスト粒子と結合する水素を示す
ことができ、従って水分は通過するが界面活性剤は通過
せずにベースマット内に留まる。水素結合に加えて、Ｍ
ＤＩが石膏及びホスト粒子を機械的に捕捉するので、Ｍ
ＤＩのベースマット内での高い保持性が促進される。
【００１４】界面活性剤は一般に３種に、即ち非イオ
ン、陽イオン及び陰イオンに分類される。界面活性剤の
各分類は、安定化する材料、ＧＷＦ組成内に存在するＣ
ａ＋２、Ａｌ＋３あるいはＫ＋イオンのような電解質の
存在に対する反応に関して、利点及び欠点を有してい
る。以下が３種の界面活性剤の好適性に関する極めて一
般的なルールであることは当業者には理解されよう。
【００１５】一般に非イオン界面活性剤はヘッドボック
スの場合のような高温環境には適していない。界面活性
剤のエチレンオキシ鎖（ＥＯ）はこのような環境下では
それ自体巻かれる傾向にある。この条件下では界面活性
剤がエマルジョン安定化剤の有効性を失う。熱安定性を
増加するためには、界面活性剤の疎水性・親油性（ＨＬ
Ｂ）の平衡値を増加する必要がある。非イオン界面活性
剤は一般にＧＷＦ組成内に存在するような電解質の存在
の影響は受けない。
【００１６】一般に陰イオン界面活性剤は高温による影
響を受けず、このためヘッドボックス内の温度に対し好
適である。一方、ある陰イオン界面活性剤は陽イオン位
置と結合する傾向にある多価陽イオンにより悪影響され
る。
【００１７】一般に陽イオン界面活性剤は高温、あるい
は電解質の存在によって影響されず、ＧＷＦ処理に好適
なように考えられる。しかしながら多くの陽イオン界面
活性剤には、ＭＤＩと水との反応を触媒可能な反応しな
い少量の第１アミン及び第２アミンが含まれる場合があ
る。この副反応は、最終製品の強度に寄与しないユリア
ポリマーの塊が局在することになるので、不都合であ
る。この未反応の第１及び第２アミンはルュイス酸のよ
うな添加剤を含ませることにより掃去可能である。
【００１８】界面活性剤の作用について説明する。外部
界面活性剤はＭＤＩの両相とも水溶液とも反応せず、単
に２相間の界面に留まる。界面におけるその存在は一定
してバルク溶液に向って界面を離れ、バルク溶液から界
面に到達する界面活性剤分子とのダイナミックなプロセ
スである。
【００１９】外部エマルジョンが使用される場合、ＭＤ
Ｉの残存性のためＭＤＩエマルジョンが高いＨＬＢ非イ
オン乳化剤を使用することが要求される。相転温度（Ｐ
ＩＴ）が界面活性剤のＨＬＢにより直接変化されること
は周知である。従って乳化剤のＨＬＢが高いとき、外部
に安定化された得られたエマルジョンに対する熱安定性
が高くなり、このＨＬＢ値は界面活性剤の一般的な好適
性の第１の良好な指示を与える。更に陽イオン乳化剤が
高いＨＬＢ非イオン界面活性剤と組み合わせて使用され
得、陽イオン乳化剤を使用する不都合な効果を生じるこ
となく、好適な熱安定性及び電解質安定性を得ることが
できる構成ことを示した。
【００２０】内部界面活性剤は分散相と実際上化学的に
反応するような機能基を含む。内部的に安定化されたエ
マルジョンでは、エチレンオキシ鎖はＭＤＩ主鎖に化学
的に付着される。エチレンオキシ鎖の分子重量を変える
（即ち鎖上のＥＯ基の数を変化する）ことにより、分子
のＡｅｆｆｅｃｔｉｖｅ＠ＨＬＢ調整が可能である。
【００２１】外部乳化剤が使用される場合、また残存性
はＭＤＩエマルジョンが高いＨＬＢ非イオン乳化剤を利
用することを求める。上述したようにＨＬＢはエチレン
オキシ鎖の分子重量を変えることにより調整可能であ
る。相転温度（ＰＩＴ）は界面活性剤のＨＬＢにより直
接変化するので、多くのＥＯ基を用いることにより得ら
れる高いＨＬＢでは内部安定化されたエマルジョンに対
する熱安定性が高くなる。
【００２２】従って各種の界面活性剤は異なる特性を有
するので、単一の界面活性剤あるいは界面活性剤の組み
合わせを求め、所定の熱安定性及び電解質安定性を与え
る安定化されたエマルジョンを得る必要がある。
【００２３】本発明の主目的は、石膏をウッドファイバ
のような高い物質の別物質とを組み合わせることにより
形成され、改良された物理特性を有し、ボード全体にわ
たり分散されたＭＤＩ結合剤を含み、強靭な建築製品と
しての石膏・ファイバ建築ボードを提供することにあ
る。
【００２４】本発明によれば最高の分子重量を有し、従
って容易に市場から入手可能であり、最低蒸気圧を有す
るジイソシアネート化学薬品、ＭＤＩの使用が促進され
る。この結果製造環境に使用されるときＭＤＩは環境的
にもより優しく安全である。このイソシアナートのこの
使用はまた、他の市販で入手可能なイソシアナートに比
べ最大に固いポリマを形成するという点で、トルエンジ
イソシアネート（ＴＤＩ）のような他のジイソシアネー
ト化学薬品に対し好ましい。硬質結合剤は製品に対し曲
げ強さを与え硬質で剛い製品を与える利点がある。
【００２５】関連目的はＭＤＩを硫酸カルシウム半水化
物及びウッドファイバのような高強度の別の物質からな
る加熱されたスラリに加え、加熱されたＭＤＩを含むス
ラリはフェルトコンベアのような多孔質で平担な形成面
上を通過させて成形したフィルタケーキが形成され、フ
ィルタケーキは更に処理されて石膏ボード製品にされ
る、石膏複合建築ボードを製造する方法を提供すること
にある。
【００２６】本発明の特定の目的は伸ばしても良好で一
定のクギ・ネジ保持性、強度、寸法安定性、及び耐火性
を有し、実用的なコストで製造可能であるペーパレス壁
板を提供することにある。
【００２７】本発明によれば主目的は、強靭な材料のホ
スト粒子のボイド内及びその周囲を移動する針状のアル
ファ半水化物結晶の製造条件下で焼成された硫酸カルシ
ウム半水化物の高温希釈スラリにＭＤＩエマルジョンを
付加し、このスラリを多孔質で平担な形成面に通過させ
てフィルタケーキを形成し、ＭＤＩの最小ロスで脱水す
ることにより最大に好ましく実現される。フィルタケー
キはプレスされてボードが形成され、半水化物が完全に
再水和されて石膏にされて、その後ボードは乾燥され、
このときエマルジョンが破壊されて、ＭＤＩが残りの水
分及びセルロースファイバと反応し重合する。
【００２８】
【発明の実施の形態】ここで使用する用語「石膏」とは
安定した二水化物ＣａＳＯ４２Ｈ２Ｏ状態の硫酸カルシ
ウムを意味し、天然に得られるミネラル、合成により得
られる等価物及び硫酸カルシウム半水化物（スタッコ）
あるいは無水物の水和により形成される二水化物材料を
含む。ここで使用する用語「硫酸カルシウム材料」は任
意の形態の硫酸カルシウム、即ち硫酸カルシウム無水
物、硫酸カルシウム半水化物、硫酸カルシウム二水化
物、及びその混合物を意味する。
【００２９】用語「ホスト粒子」は石膏以外の物質のフ
ァイバ、チップ又はフレークのような微視的粒子を含め
ることを意味する。一般にスラリ液に不溶である粒子は
またピット、亀裂、割れ、中空コアあるいは他の氷面欠
陥である内部に接近可能なボイドを有し、ボイドにはス
ラリ溶媒により浸透可能でありボイドの内部には硫酸カ
ルシウム二水化物結晶が形成可能である。ボイドが粒子
の目立つ部分にわたり配置される場合が最適である。多
くの数がボイド存在し粒子全体にわたりボイドが広く分
布されていると、物理的結合が改良されＭＤＩ、石膏及
びホスト粒子の間の結合が幾何学的により安定化され
る。ホスト粒子は良好な引張強度及び曲げ強さのような
石膏に欠ける物理特性を待たせる必要がある。ここに開
示した処理及び材料に好適なファイバウェルの一例はセ
ルロースファイバ、特にウッドファイバのようなリグノ
セルロースファイバである。従って「ホスト粒子」とし
て意味する材料ないしは粒子を制限することなく、ウッ
ドファイバは便宜上広い用語の代わりにしばしば使用さ
れる。
【００３０】ここで使用する用語「ＭＤＩエマルジョ
ン」は内部に硫酸カルシウム半水化物結晶を維持する条
件下でＧＷＦスラリにおいて安定したＭＤＩの水性エマ
ルジョンを意味する。
【００３１】基本処理は、未焼成の石膏及びホスト粒子
（例えばウッド若しくはペーパファイバ）を混合して水
性スラリを形成することにより開始する。石膏の供給源
は生の鉱石または煙道ガス脱硫や燐酸処理の副生成物か
らである。石膏は比較的純度の高いもの、即ち好ましく
は純度が約９２〜９６％で細かく粉砕したものにする必
要がある。大きな粒子は許容できるが、これは変換時間
が長くなる。石膏は乾燥粉末あるいは水性スラリを経て
導入可能である。
【００３２】ホスト粒子は破棄紙、ウッドパルプ、ウッ
ドフレーク、ないしは他の植物ファイバ源から入手可能
なセルロースファイバであることが好ましい。１００％
のペーパファイバが使用されることが好ましいが、２５
重量％のペーパファイバと７５重量％ハリモミファイバ
の混合物のような各種ファイバの混合物も使用可能であ
る。植物ファイバは多孔質、中空、割れたあるいはその
物理的組織が溶解された硫酸カルシウムの浸透を受け入
れる接近可能な割れ目あるいはボイドを有するような粗
い表面を有するものであることが好ましい。ファイバ源
によるが、例えばウッドパルプでは、塊、分離したサイ
ズの大きすぎるあるいは小さすぎる材料、及びある場合
には前抽出強度遅延材料ないしは例えば石膏の焼成に悪
影響を及ぼすようなセミセルロース若しくは酢酸のよう
な汚染物を分解する前処理が必要となる。
【００３３】固形分を１０〜２０重量％含むスラリが好
ましいが、粉砕した石膏及びウッドファイバは十分な水
と混合されて、固形分が約５〜３０重量％を含むスラリ
を作成する。スラリ内の固形分はウッドファイバが約
０．５〜３０重量％、好ましくは約１０重量％であり、
残りが主として石膏からなる必要がある。
【００３４】半水化物への変換 スラリは連続攪拌あるいは混合装置を備えたオートクレ
ーブのような圧力容器内に送られる。所望ならば有機酸
のような結晶改質剤がこの時点で添加され結晶化を刺激
若しくは遅延させる、あるいは焼成温度を低下させるこ
とができる。スチームが容器内に注入され、自己加熱圧
力で容器の内部温度が最大約２１２度Ｆ（１００℃）〜
約３５０度Ｆ（１７７℃）間にされる。低い温度は生産
ラインを駆動する好適な時間の間内に硫酸カルシウム脱
水物が焼成して半水化物状態となるほぼ実際上、最小温
度である。高い温度は硫酸カルシウム半水化物の一部が
無水物に変換される恐れなく半水化物を焼成するほぼ最
大温度である。オートクレーブ温度は好ましくは約２８
５度Ｆ（１４０℃）〜３０５度Ｆ（１５２℃）である。
【００３５】スラリはこれら条件下で十分な時間の間、
好ましくは１５分間処理されると、十分な水が硫酸カル
シウム二水化物結晶から追出され、針状の半水化物結晶
に変換される。連続攪拌により粒子が懸濁状態に保持さ
れた溶液はホストファイバ内の開口ボイドを湿潤し浸透
させられる。溶液が飽和に達するに伴い、半水化物が核
生成しボイド上及びその周囲にホストファイバの壁部に
沿って結晶形成を開始する。
【００３６】オートクレーブ動作中溶解した硫酸カルシ
ウムはウッドファイバのボイド内に浸透しウッドファイ
バのボイド内、上及びその周囲及びウッドファイバの表
面に針状の半水化物結晶として沈殿するものと考えられ
る。変換が完了すると、オートクレーブの圧力は減少さ
れ、促進剤、遅延剤、防腐剤、難燃剤及び補強材を含む
所望の周知の添加剤及びエマルジョンが通常ヘッドボッ
クスであるいは直前に導入され、スラリはヘッドボック
スから脱水コンベア上に放出される。
【００３７】ＭＤＩ フィルタケーキの形成及び脱水工程の前にＭＤＩに対し
十分な時間を与え、スラリと完全に混合するために、Ｍ
ＤＩエマルジョンは好ましくはオートクレーブから解放
された後、ヘッドボックスの直前にスラリに加えられる
ことが好ましい。。ＭＤＩエマルジョンを加える時間で
のスラリの温度は選択した特定のエマルジョンに対し重
要である。即ちＭＤＩエマルジョンはＭＤＩエマルジョ
ンがセッコウウッドファイバスラリと混合されるときス
ラリの特定温度で安定しているように配合する必要があ
る。ＭＤＩエマルジョンはスラリ内に存在する促進剤の
ような添加剤の存在下で安定している必要がある。ＭＤ
Ｉエマルジョンはスラリに加えられるとき安定している
だけでなく脱水及びボード形成工程中でも安定している
必要がある。最重要なことは、ＭＤＩの十分な割合が脱
水処理中フィルタケーキ内に保持される必要があること
である。十分な割合が保持されている場合、スラリに加
えられたＭＤＩエマルジョンの量が十分であり、スラリ
の全固形分の重量に対しＭＤＩが少なくとも約３重量％
となるとき、顕著な物理特性の増加が通常与えられる。
ＭＤＩを約２〜約１４重量％を用い高いレベルの改良を
得ることが好ましい。この好ましいＭＤＩはベイヤーに
より製造されたマンデューア１４４１である。
【００３８】乳化剤 以下の実験例は本発明で説明した方法に従って採用可能
な各種ＭＤＩエマルジョンの作成し、ＧＷＦボードに改
良された物理特性を与えることを説明するが、これらは
一例であり改良された物理特性を有する他の石膏ウッド
ファイバ製品も好適な変更をもって製造可能であること
は理解されよう。
【００３９】好ましい非イオン乳化剤は好適な熱安定性
のため２０を越すＨＬＢ数を有するブロックポリオール
である。特にＰＰＧインダストリから製造されＨＬＢ数
２２のブロックポリオールであるＭａｃｏｌ ２７は好
ましい非イオン外部乳化剤である。
【００４０】好ましい外部乳化剤 外部的に安定化された好ましい乳化剤はマコール２７安
定化マンデューア１４４１エマルジョン（２０．０％活
性）を作成したものである。このエマルジョンは以下の
ものを含んでいる。
【００４１】この作成ではＭＤＩの重量に対し４．０％
活性の界面活性剤の界面活性レベルが得られる。安定し
たエマルジョンはホワイトパウダとして与えられる脱イ
オン化された水及びマコール２７を加えることにより作
成される。この混合物はほぼ１０分間攪拌されてマコー
ル２７が溶解される。機械的に強く攪拌して、ＭＤＩが
混合物に緩徐に加えられて安定したエマルジョンが得ら
れる。
【００４２】別の作成物として、商標Ｇ−２６５として
デラウエア州ウイリミングトンにあるアイシーアイ・ア
メリカンズ，インコーポレーテッドから販売された脂肪
酸第４アミンのような陽イオン乳化剤が一部のＧ−２６
５と１４部のマコール２７との比でマコール２７に加え
られる。
【００４３】好ましい内部エマルジョン 内部的に安定化された好ましいＭＤＩエマルジョンはユ
ニオン・カーバイド・カーボワックス５０００を６０℃
（１４０度Ｆ）でＭＤＩマンデューア１４４１と混合し
て作成されたものである。カーボワックス５０００製品
は平均分子重量が５０００（ｎ＝１１３）のメトキシポ
リエチレングリコールである。エマルジョンには以下の
ものが含まれる。
【００４４】この作成にはＭＤＩの重量に対し６．０％
のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）レベルが与えられ
る。安定したエマルジョンはフレーク固形分としてマン
デューア１４４１及びカーボワックス５０００を好適な
混合容器に加えるカーボワックス５０００及びＭＤＩは
攪拌棒のような機械的手段により連続的に攪拌され１８
０分間１４００度Ｆまで加熱されカーボワックス５００
０を完全に溶解することにより作成される。溶液は室温
まで自然冷却されてＭＤＩ及び水の反応が減少される。
機械的に迅速に攪拌して、好適な容器内で１９９０．２
グラムのカーボワックス５０００・ＭＤＩ混合物が７９
６０グラムの脱イオン化された水に加えられ安定化され
た水性エマルジョンが形成される。
【００４５】エマルジョンのスラリへの付加 一旦作成されると、安定したＭＤＩエマルジョンが通常
オートクレーブからヘッドボックスへスラリを運ぶパイ
プ内へのヘッドボックスの直前にスラリに加えられる。
エマルジョンのスラリへの混合を助けるため当業者には
周知の機械的攪拌装置がこのパイプ内に含ませることが
できる。
【００４６】脱 水 ＭＤＩを含む高温スラリはヘッドボックスを通過され平
担で多孔性の形成面上に分配されてフィルタケーキが形
成される。スラリがオートクレーブから解放されるとき
フィルタケーキは水の蒸発により、また多孔性形成面を
経ての重力による水の脱水若しくは好ましくは真空によ
り脱水される。この脱水によりフィルタケーキが冷却さ
れるが、製品スラリの温度が依然比較的高い間半水化物
が石膏に変換される前に大半の水が除去され得る。９０
％もの多くのスラリ水が脱水装置で除去され、約３５重
量％のフィルタケーキが得られる。この段階で、フィル
タケーキは再水和可能な硫酸カルシウム半水化物結晶と
絡み合ったウッドファイバからなり、依然個々の複合フ
ァイバ若しくはノーヅルに分解され、成形されて、鋳造
される、あるいは高い密度に圧縮される。
【００４７】フィルタケーキの形成及びフィルタケーキ
の脱水は好ましくは一部が米国特許第５，３２０，６７
７号に開示される種類の製紙装置を用いて実行される。
【００４８】プレス処理及び再水和処理 脱水されたフィルタケーキは数分の間湿潤プレスされて
水分を更に除去しフィルタケーキを圧縮して所望の形
状、ないしは密度にする。脱水工程で大量の水分抽出は
フィルタケーキ温度を著しく低下させるが、更に外部冷
却により好適な時間内で所望レベルに達する必要があ
る。フィルタケーキの温度は、比較的迅速な再水和が生
じるように好ましくは約１２０Ｆ（４９℃）より低い温
度まで減少する。再水和によりアルファ半水化物結晶が
再結晶化されてウッドファイバと物理的に絡み合った針
状の石膏結晶が適所に生成される。
【００４９】スラリ内に与えられる促進剤、遅延剤、結
晶改質剤あるいは他の添加剤により、水和が僅か数分か
ら１時間あるいはそれ以上の間生じる。針状の半水化物
結晶がウッドファイバと絡み合っており、フィルタケー
キからキャリア液の大半が除去されるので、硫酸カルシ
ウムの移行が転じられ、均質な複合体が残される。再水
和により、二水化物結晶に、即ちウッドファイバのボイ
ド内及びその周囲に半水化物結晶が再結晶化され、均質
な複合体が得られる。また結晶成長により隣接するファ
イバ上で硫酸カルシウム結晶が連結され、全体としての
結晶質量体が形成され、ウッドファイバにより強度が高
められる。
【００５０】水和が完了すると、複合質量体を迅速に乾
燥し残留する自由水を除去することが望ましい。自由水
を除去しない場合には、吸湿性ウッドファイバは後で蒸
発する結合されなかった水分を保持あるいは吸収する傾
向にある。余分な水分が追出される前に硫酸カルシウム
被覆が完全に硬化されると、ファイバは収縮し、未結合
の水が蒸発するとき石膏から引き出される。従って最適
結果を得るには、水和が開始する温度より低く温度が降
下する前に、余分な自由水を複合質量体からできるだけ
多く除去することが好ましい。
【００５１】乾 燥 通常自由水約３０重量％を含むプレスされたボードは次
に、最終製品内で自由水含有量を約０．５％あるいはそ
れ以下まで減少するため、比較的高い温度で迅速に乾燥
される。石膏を焼成する傾向にある２００Ｆ（９３℃）
より高い乾燥条件は避ける必要がある。硬化され乾燥さ
れたボードは切断あるいは所望の規定値に合わせて仕上
げられる。
【００５２】最終的に硬化されると、この独特な複合材
料はその部品すべてで所望の特性を示す。ウッドファイ
バは石膏母材の強度特に曲げ強さを増加させ、一方石膏
は被覆及び結合剤として作用しウッドファイバを保護
し、耐火性が与えられ、湿気による膨張が低減される。
ＭＤＩは材料に対し改良された引張強度及び曲げ強さを
与え、また改良された耐衝撃性及びクギ・ネジ保持性を
与える。
【００５３】結 果 以下の表は上述の実験例１及び実験例２で説明した内部
及び外部エマルジョンを用いることによりＧＷＦ壁板で
得られる強度増加を要約して示す。「ＭＤ」はサンプル
が機械方向の最長方向で切断され分析されたことを示
す。「ＡＣＭＤ」はサンプルが機械方向の最長方向で切
断されたことを示す。ＭＤＩはスラリないの全固形分に
対し３あるいは６％のレベルで加えられた。
【００５４】３％付加レベルの場合、５１％（内部乳化
剤）及び３１％（外部乳化剤）の比強度改良が観察され
た。少なくとも６％の付加レベルの場合、５７％（内部
乳化剤）及び１０％（外部乳化剤）の比強度改良が観察
された。
【００５５】
【００５６】ここに示し説明した本発明の形態は図示の
目的のみのためであると考えるべきである。多様の変更
が本発明の精神及び添付の請求項の範囲から離れること
なく可能であることは当業者には明らかであろう。

Claims (46)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 補強材のホスト粒子及び十分な水と粉砕
    した石膏を混合して少なくとも約７０重量％の液体から
    なる希釈スラリを作成する工程と、ホスト粒子の存在下
    で希釈スラリを圧力下で加熱し針状の硫酸カルシウムア
    ルファ半水化物結晶を形成することにより石膏を焼成す
    る工程と、安定化された二水化物をスラリ内に混入する
    工程と、焼成された石膏及びホスト粒子から液体の大半
    を分離し半水化物を再水和して再び石膏にする工程とを
    包有する複合材料の製造法。
  2. 【請求項２】 二水化物がメチレンエディフェニルジイ
    ソジアネートである請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 メチレンエディフェニルジイソジアネー
    トを水性エマルジョンとして安定化する請求項２の方
    法。
  4. 【請求項４】 メチレンエディフェニルジイソジアネー
    トを非イオン乳化剤を含む水性エマルジョンを用いて安
    定化する請求項２の方法。
  5. 【請求項５】 非イオン乳化剤がブロックポリオールで
    ある請求項４の方法。
  6. 【請求項６】 ブロックポリオールが２０．０以上の疎
    水性・親油性平衡数を有する請求項５の方法。
  7. 【請求項７】 ブロックポリオールを２以上のアルキレ
    ンオキシドを順次低分子有機化合物に加えることにより
    製造する請求項５の方法。
  8. 【請求項８】 非イオン乳化剤をメチレンエディフェニ
    ルジイソジアネートを乳化するに十分な量加える請求項
    ４の方法。
  9. 【請求項９】 ブロックポリオールをメチレンエディフ
    ェニルジイソジアネートの重量に対し４．０％の界面活
    性剤レベルを与える割合、存在させる請求項７の方法。
  10. 【請求項１０】 水性エマルジョンは陽イオン乳化剤を
    含む請求項４の方法。
  11. 【請求項１１】 陽イオン乳化剤は第４界面活性剤であ
    る請求項１０の方法。
  12. 【請求項１２】 陽イオン乳化剤は脂肪第４アンモニウ
    ム誘導体である請求項１１の方法。
  13. 【請求項１３】 陽イオン乳化剤は非イオン乳化剤の１
    ４部毎に１部存在する請求項１２の方法。
  14. 【請求項１４】 ブロックポリオールはメトキシポリエ
    チレングリコールである請求項５の方法。
  15. 【請求項１５】 メトキシポリエチレングリコールはメ
    チレンエディフェニルジイソジアネートの重量に対し
    ６．０％のポリエチレングリコールレベルを構成する請
    求項１４の方法。
  16. 【請求項１６】 メトキシポリエチレングリコールはメ
    チレンエディフェニルジイソジアネートを乳化するに十
    分な量である請求項１４の方法。
  17. 【請求項１７】 粉砕した石膏、複数のホスト粒子及び
    水を混合してスラリを生成する工程と、石膏を焼成して
    硫酸カルシウム半水化物を形成するに十分な温度まで圧
    力下でスラリを加熱する工程と、加熱された圧力下のス
    ラリを維持し硫酸カルシウム分子が核を形成しホスト粒
    子のボイド内およびその周囲に結晶を可能にする工程
    と、圧力を解放する工程と、スラリを脱水して脱水され
    た固形分を得る工程と、脱水された固形分を乾燥し硫酸
    カルシウムを安定化する工程とを包有し、ホスト粒子は
    一般に水中に溶解されず石膏を含むスラリ溶媒により浸
    透可能なボイドを有し、スラリはホスト粒子をスラリ溶
    媒で十分湿潤させ、圧力下で加熱するときスラリにより
    針状の硫酸カルシウムアルファ半水化物結晶の成長を容
    易にする複合材料の製造法。
  18. 【請求項１８】 結合剤はジイソシアネートである請求
    項１７の方法。
  19. 【請求項１９】 ジイソシアネートはメチレンエディフ
    ェニルジイソジアネートである請求項１８の方法。
  20. 【請求項２０】 メチレンエディフェニルジイソジアネ
    ートは少なくとも界面活性剤の付加により形成されるエ
    マルジョン内で安定化する請求項１９の方法。
  21. 【請求項２１】 エマルジョンはカルシウム、カリウム
    あるいは硫酸イオンの存在下で安定である請求項２０の
    方法。
  22. 【請求項２２】 エマルジョンは１８０〜２０５Ｆ間の
    温度で安定である請求項２０の方法。
  23. 【請求項２３】 メチレンエディフェニルジイソジアネ
    ートを機械的捕捉法により脱水された固形分内に保持す
    る請求項２０の方法。
  24. 【請求項２４】 メチレンエディフェニルジイソジアネ
    ートを脱水された固形分内で均等に分散する請求項１７
    の方法。
  25. 【請求項２５】 界面活性剤はメチレンエディフェニル
    ジイソジアネートを乳化するに十分な量のイオン界面活
    性剤である請求項２０の方法。
  26. 【請求項２６】 量がメチレンエディフェニルジイソジ
    アネートの重量に対し４．０％の界面活性剤レベルであ
    る請求項２０の方法。
  27. 【請求項２７】 界面活性剤は陽イオンである請求項２
    ０の方法。
  28. 【請求項２８】 界面活性剤は脂肪第４アンモニア誘導
    体である請求項２７の方法。
  29. 【請求項２９】 ＭＤＩは少なくとも非イオン及び陽イ
    オン界面活性剤を含む混合物により安定化する請求項１
    ９の方法。
  30. 【請求項３０】 混合物はブロックポリオール及び脂肪
    第４アンモニア誘導体を含む請求項２９の方法。
  31. 【請求項３１】 混合物は１４部のブロックポリオール
    に対し１部の脂肪第４アンモニア誘導体である請求項３
    ０の方法。
  32. 【請求項３２】 表面上及び胴部の一部内にボイドを有
    する非石膏材料のホスト粒子と、少なくとも一部がホス
    ト粒子のボイド内及びその周囲に形成されホスト粒子と
    物理的に絡み合った硫酸カルシウム結晶母材を形成する
    針状の石膏結晶と、ホスト粒子を互いに結合する重合化
    されたジイソシアネート結合剤とを備える複合材料。
  33. 【請求項３３】 ジイソシアネート結合剤が複合材料内
    に均等に分布された請求項３２の複合材料。
  34. 【請求項３４】 ジイソシアネート結合剤がメチレンエ
    ディフェニルジイソジアネートである請求項３３の複合
    材料。
  35. 【請求項３５】 メチレンエディフェニルジイソジアネ
    ートが最終製品の引張強度及び曲げ強さを少なくとも３
    ０％増大する請求項３４の複合材料。
  36. 【請求項３６】 ホスト粒子がセルロース物質である請
    求項３４の複合材料。
  37. 【請求項３７】 セルロース物質がウッドファイバある
    いはペーパファイバである請求項３６の複合製品。
  38. 【請求項３８】 製品が３８〜４５ｐｃｆの密度を有す
    る請求項３３の複合製品。
  39. 【請求項３９】 粉砕した石膏、ホスト粒子及びスラリ
    を形成するに十分な水を混合する工程と、石膏を焼成す
    るに十分な温度まで圧力容器内のスラリを加熱し硫酸カ
    ルシウムアルファ半水化物を形成し、スラリをこの温度
    に維持して少なくとも硫酸カルシウム半水化物の一部を
    結晶化しホスト粒子内のボイドを浸透させる工程と、ジ
    イソシアネートをスラリに加える工程と、加熱されたス
    ラリを平担で多孔性の形成面上に放出しスラリから大量
    の水を除去してフィルタケーキを形成する工程と、硫酸
    カルシウム半水化物が再水和して石膏になる温度よりボ
    ード温度が低くなる前に、フィルタケーキをプレスして
    ボードを形成しボードから更に水分を除去する工程と、
    再水和温度より低い温度までボードを冷却し硫酸カルシ
    ウム半水化物を再水和して石膏にする工程と、ボードを
    乾燥して残りの自由水を除去する工程とを包有し、ホス
    ト粒子は石膏を含むスラリ溶媒により浸透可能なボイド
    を有し、スラリはホスト粒子内の浸透可能なボイドを実
    質的に湿潤するに十分に希釈され、圧力下で加熱される
    針状の硫酸カルシウムアルファ半水化物結晶を容易に形
    成してなる複合材料からなるボードの製造法。
  40. 【請求項４０】 ジイソシアネートはメチレンエディフ
    ェニルジイソジアネートである請求項３９の方法。
  41. 【請求項４１】 メチレンエディフェニルジイソジアネ
    ートをエマルジョンとしてスラリに加える請求項４０の
    方法。
  42. 【請求項４２】 メチレンエディフェニルジイソジアネ
    ートエマルジョンを少なくとも１の非イオン界面活性剤
    を用いて作成し、界面活性剤をスラリ内で安定にする請
    求項４１の方法。
  43. 【請求項４３】 界面活性剤をフィルタケーキ内に保持
    する請求項４２の方法。
  44. 【請求項４４】 界面活性剤を水素結合によりフィルタ
    ケーキ内に保持する請求項４３の方法。
  45. 【請求項４５】 非イオン界面活性剤はブロックポリオ
    ールである請求項４２の方法。
  46. 【請求項４６】 非イオン界面活性剤はメトキシポリエ
    チレングリコールである請求項４２の方法。
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