JP2004521852A - 軽量化されたプラスターボードの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、芯部の密度が０．７７よりも小さいプラスターボードを製造する方法に関し、以下の工程を含む。水と、Ｈ（ＣＨ_２）_ｎＯＳＯ_３ ⁻Ｍ^＋の化学式を有する少なくとも一つのアルキル硫酸塩を含む界面活性剤とから泡を形成する工程と、式中ｎは６〜１６であり、Ｍは一価カチオンであり、平均炭素原子数ｎ_ｍは９〜１０であることと、得られた前記泡をプラスタースラリー中に導入する工程とを含む。本発明の方法は、導入される表面活性試薬の量が、プラスターボード１リットルにつき０．３２ｇを越えない特徴を有する。本発明は、軽量化プラスターボードの製造に適している。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量化プラスターボードを製造するプロセスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラスターボードは、プラスター（硫酸カルシウム二水和物）から製造された、平行面を有する中実のプレハブ構成要素であり、各面が厚紙、紙材、または無機質ファイバーにて覆われている。このように形成されている複合体は、良好な機械的特性を有し、各面上のシートは、枠組みおよび外装の双方の役割をする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プラスターの芯部は、主として、水和可能な硫酸カルシウムと水とを混合して、適当であれば従来の補助剤を加えることによって生成されたプラスタースラリーから得られる。用語「水和可能な硫酸カルシウム」は、本願の説明中、無水硫酸カルシウム（硬セッコウＩＩまたはＩＩＩ）もしくは硫酸カルシウム半水和物（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）のα型結晶またはβ型結晶を意味する。このような化合物は当業者に周知であり、一般的にはセッコウを焼成することにより得られる。
【０００４】
スラリーは、プラスターの水和によって素早く硬化する。その後、乾燥器内でボードを加熱して余分な水分を除去する。
プラスターボードの軽量化およびその機械的強度は、本願の実質的な課題である。プラスターボードを軽量化するためには、一般にプラスタースラリーに泡を加えてスラリー内に空気を導入する。
【０００５】
プラスターボードの密度を低下させることは、経済的な利点が二倍になるために所望されている。第一に、製品の軽量化が可能であり、従って製品の輸送が容易になる。第二に、必要とされるプラスターの量が減少することで、プラスターボードの製造プロセスの処理量の限界が克服され得る。即ち、セッコウの焼成は時間を要するため、この焼成工程が製造ラインの速度制限の要因となり得る。必要とされるプラスターの量を減少させることで、さらに、焼成に関連する製造コストを低減させ得る。従って、プラスターボードの密度を低下させることによって、輸送コストが低減され、かつ製造ラインの速度が上昇すると共に製造コストが低減される。
【０００６】
プラスターボードの軽量化に使用される様々な界面活性剤が周知である。これらの組成物は、アルキルエーテル硫酸塩を含む場合が多い。
アルキル硫酸塩およびアルキルエーテル硫酸塩をベースとした界面活性剤組成物は、国際出願公開公報第９５１６５１５号に開示されている。この組成物にて、アルキル硫酸塩の、アルキルジエーテル硫酸塩またはアルキルトリエーテル硫酸塩に対する比は、少なくとも１２：１であり、３０：１〜６０：１であることが好ましい。アルキル硫酸塩のみを含むことは好ましくない。即ち、アルキル硫酸塩のみを使用して得られたプラスターボードは、軽量化が非常に劣る。
【０００７】
米国特許第５，６４３，５１０号には、アルキル硫酸塩の混合物とアルキルエーテル硫酸塩の混合物とを使用して、プラスターボード内の気泡の大きさを調整する方法が開示されている。この明細書では、不安定な泡を形成するアルキル硫酸塩は単独では使用されていない。即ち、所定密度のボードを製造するために必要なアルキル硫酸塩の消費量は、アルキルエーテル硫酸塩を含む界面活性剤の約３倍である。従って、好ましい界面活性剤は、約１０％のアルキルエーテル硫酸塩を含む混合物である。
【０００８】
しかしながら、アルキルエーテル硫酸塩に代わって、界面活性剤としてアルキル硫酸塩を使用することには明白な利点がある。即ち、アルキル硫酸塩が、そのアルキル硫酸塩に対応する脂肪酸アルコールの直接的な硫酸化から得られうるのに対して、アルキルエーテル硫酸塩を得るには、常にエトキシ化工程を経由する必要があるためである。このエトキシ化工程は、単に高価であるだけではなく、結果として望ましくない副産物を形成し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明が解決を意図する課題は、安価であり容易に入手可能な界面活性剤を使用して、安価であり軽量化されたプラスターボードを製造するプロセスを提供することである。
一般則によれば、界面活性剤の品質は、その界面活性剤が生成可能な泡の量で評価される。即ち、所定量の泡を生成するには、低い泡形成力を有する界面活性剤はより多くの量が消費されるであろうことは、理論上正しいと想像される。このことは、プラスターボードの原価に経済的影響を与える。
【００１０】
しかしながら、プラスターボード内に導入される前、およびプラスターボードに導入された後の、泡の安定性もまた重要な要因である。即ち、泡の体積が等しい場合、安定性の低い泡を使用すると、安定した泡を使用した場合よりも軽量化の劣るプラスターボードが形成される。米国特許第５，６４３，５１０号によれば、アルキル硫酸塩は、プラスターボード内にて安定性の低い泡を生成する。
【００１１】
さらに、プラスターボードは、軽量化されていてもなお、例えば機械的強度のレベル等が非軽量化ボードと同等でなければならない。プラスタースラリーとボード面との接着品質もまた、湿潤環境内と同様、乾燥環境内においても十分な品質が要求される。
【００１２】
本発明は、特定のアルキル硫酸塩組成物は、一般にアルキル硫酸塩とアルキルエーテル硫酸塩との混合物と比較すると少々過多な消費量を使用する一方で、このようなアルキル硫酸塩組成物は、重量がかなり減少されたプラスターボードを形成できるとの観察結果に基づくものである。追加される可能性のある経済コストは、この重量の減少によって相当補償される。即ち、重量の減少による経済的効果は、追加の界面活性剤の消費量に対する追加コストの７倍を占有するためである。従って、非常に好ましい均衡が維持される。
【００１３】
この方法にて軽量化されたプラスターボードは、機械的強度と、外装面との接着特性とが完全に許容され得る。
この驚くべき効果は、界面活性剤と、泡と、プラスタースラリーと間の相互作用に関係するものと思われる。
【００１４】
即ち、これらのアルキル硫酸塩の泡形成力が、アルキルエーテル硫酸塩を含む通常の界面活性剤と比較して低い場合が多い一方で、数種のアルキル硫酸塩は、プラスタースラリーに適合した泡を形成し得ることが分かっている。さらに、先行技術の教授に反して、過剰消費量は非常に少なく、殆ど存在しない場合もある。
【００１５】
この効果は、少なくとも部分的には、プラスタースラリーと泡との非常に良好な適合性、即ちプラスタースラリーおよび泡の各々の粘度間の作用によるものと思われる。より詳細には、混合時に泡の体積を過剰に損失させないように、二相の流動性を調節することが可能である。従って、この界面活性剤により生成される泡の効果が向上する。
【００１６】
界面活性剤の消費量と軽量化能力は、プラスターボード導入後の泡形成力の作用のみではなく、プロセス中の他のパラメータの複雑な相互作用にも左右される。これを信用する理由があり、即ち詳細には、プラスタースラリーの理化学特性と、特に流動性とが軽量化効果に影響を与える。
【００１７】
従って、本発明の目的は、芯部の密度が０．７７よりも小さいプラスターボードを製造するプロセスであって、水と、Ｈ（ＣＨ_２）_ｎＯＳＯ_３ ⁻Ｍ^＋の化学式を有する少なくとも一つのアルキル硫酸塩を含む界面活性剤とから泡を形成する工程と、式中ｎは６〜１６であり、Ｍは一価カチオンであり、炭素原子の平均数ｎ_ｍは９〜１０であることと、
得られた前記泡をプラスタースラリー中に導入する工程とを含むプロセスにおいて、
導入される界面活性剤の量は、プラスタースラリー１リットルにつき０．３２ｇを超えないことを特徴とするプロセスである。
【００１８】
用語「密度」は、所定体積のプラスタースラリーの質量の、同体積の水の質量に対する比を意味する。用語「芯部の密度」は、プラスターボード面を覆う材料を除いたプラスターボードの密度を意味する。
【００１９】
界面活性剤の消費量は、プラスタースラリー１リットルにつき０．２４ｇよりも少ないことが好ましく、特に０．１６ｇよりも少ないことが好ましい。一般的には、厚さ１２．５ｍｍのボードでは、プラスタースラリーの消費量は、プラスタースラリー１リットルにつき０．０５ｇであり、厚さ６ｍｍのボードでは、プラスタースラリー１リットルにつき０．０２ｇ以上である。
【００２０】
製造されるプラスターボードは、２ＭＰａ以上、特に３ＭＰａ以上の圧縮強度を有することが好ましい。
好ましい実施態様によれば、界面活性剤は、５〜６０重量％のドデシル硫酸塩を含む。
【００２１】
好ましい実施態様によれば、界面活性剤は、４０〜９５重量％のデシル硫酸塩を含む。別の好ましい一実施態様によれば、界面活性剤は、５〜６０重量％のオクチル硫酸塩を含む。特に好ましい界面活性剤は、５〜１５重量％のオクチル硫酸ナトリウムと、８５〜９５重量％のデシル硫酸ナトリウムとを含む。
【００２２】
特に好ましい界面活性剤は、９．５〜１０の平均炭素数を有し、９．７〜９．９の平均炭素数を有することが好ましい。
Ｍは、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、およびアンモニウムのうちから選択されることが好ましい。
【００２３】
一実施態様によれば、界面活性剤は、さらに金属イオン封鎖剤および／またはヒドロトロピー剤を含む。
本発明はまた、プラスターボードの軽量化に、Ｈ（ＣＨ_２）_ｎＯＳＯ_３ ⁻Ｍ^＋の化学式を有する少なくとも一つのアルキル硫酸塩を含む界面活性剤を使用することに関し、式中ｎは６〜１６であり、Ｍは一価カチオンであり、平均炭素数ｎ_ｍは９〜１０であり、かつ界面活性剤の使用量は、プラスタースラリー１リットルにつき０．３２ｇよりも少ない。
【００２４】
界面活性剤は、芯部の密度が０．７７、特に０．７４、さらに０．７２よりも小さいプラスターボードを製造するのに使用される。しかしながら、芯部の密度は概ね０．４８よりも大きい。
【００２５】
本発明の他の特徴および利点は、以下の解説にて詳細に説明されよう。
プラスター組成物は、プラスター、水、および界面活性剤組成物を含む。同プラスター組成物はさらに、従来使用されているような他の添加剤を含むことも可能である。
【００２６】
さらに、目的の界面活性剤組成物により形成される泡は、異なる種類のセッコウから製造されたプラスターボードを同程度に軽量化することが可能である。従って、この界面活性剤組成物は、使用するセッコウの品質には比較的左右されないという利点を有する。
【００２７】
さらに、この界面活性剤組成物により形成された泡は、比較的温度に左右されない。従って、水温が変動するときに形成される泡の体積はほぼ一定に維持される。
さらに、プラスターと、プラスターボードの外装シートとの間の接着品質は卓越していることが判明した。
【００２８】
プラスターボードの機械的特徴は、通常、芯部の曲げ強度、芯部の硬度、プラスターボードのボール硬度および圧縮強度により評価される。従来「釘引き抜き試験（nail pull test）」、即ち打ち抜き強度と称される、プラスターボードが、打ち込まれた約６３．５ｍｍ（１／４インチ）の釘頭に対して示す抵抗もまた、実用上非常に重要である。これらの試験の条件は、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）標準のＣ４７３−メソッドＢに記述されている。
【００２９】
さらに、得られるプラスターボードは、プラスターと外装シートとの間の接着が良好である。
本プロセスを行うために適切な界面活性剤組成物は、例えば、花王株式会社（Ｋａｏ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ＳＡ）から販売されているエマール（Ｅｍａｌ） Ａ１０ ＤＥ等の、Ｃ_８アルキル硫酸塩とＣ_１０アルキル硫酸塩との混合物がある。しかしながら、他のアルキル硫酸塩またはアルキル硫酸塩の混合物を出発物質として混合を行って、平均炭素数９〜１０の組成物を製造することも可能である。
【００３０】
化学式Ｈ（ＣＨ_２）_ｎ−ＯＳＯ_３Ｍに対応するアルキル硫酸塩は、一般的に、そのアルキル硫酸塩に対応するアルコールを硫酸化して得られる。原則的に、アルコールの入手が容易であるためにｎは偶数である。しかしながら、ｎが奇数のアルキル硫酸塩もまた、本発明の文脈において使用され得る。
【００３１】
組成物中のアルキル硫酸塩の鎖は、８〜１２の炭素原子を有することが好ましい。
界面活性剤組成物は、さらにヒドロトロピー剤を含むことも可能である。このヒドロトロピー剤には、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、およびポリプロピレングリコール、ならびにエチレングリコールのモノアルキルエーテル、アルキルポリグリコシドおよびそれらの混合物がある。
【００３２】
組成物は、特に硬水中で、マグネシウムイオンまたはカルシウムイオンを溶液中に保持することの可能な、金属イオン封鎖剤またはキレート剤を含むことが有効であり得る。このような金属イオン封鎖剤またはキレート剤には、例えば、ヒドロキシカルボン酸類およびこれらの塩、アルドースおよびケトース、無機錯化剤、特にリン酸塩、ホウ酸塩、およびポリリン酸塩、特にＥＤＴＡ、ＮＴＡ等のうちから選択される有機錯化剤、ならびにヒドロキシル基および／またはアミノ基および／またはカルボキシラート基を有するポリマー構造を備えたリン酸誘導体がある。
【００３３】
得られる泡はプラスターボードに、ボードの重量に対して０．０１〜０．０４重量％の界面活性剤（乾燥体を基準とする）を導入することを可能にする。泡は、プラスターボードの体積の２０〜４０％を占める。
【００３４】
泡ベースのプラスターボードは、さらに可塑剤、硬化促進剤、でん粉等の従来使用されている補助剤を含むことが有効であり得る。
本発明は、以下の実施例の観点から、より詳細に理解されるであろう。以下の実施例は例示を目的として提供され、本発明を限定する意図を有さない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（実施例）
実施例１
以下の特徴を有する天然セッコウを瞬時焼成して得られる、サンルーベ（Ｓｔ Ｌｏｕｂａｅｓ）プラスターから形成された面積０．１ｍ^２、厚さ１２．５ｍｍのミニボード。
【００３６】

以下の方法でこれらのボードを形成した。
【００３７】
ハミルトンビーチ（Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｂｅａｃｈ）型の泡発生器の電圧を５５ボルトに設定し、同発生器内において、アルキル硫酸ナトリウムを含む組成物の５０g ／ｌ溶液の５．２５ｍ混合物を水１７０ｍｌと共に２２℃で１分間攪拌して、泡を生成した。同アルキル硫酸ナトリウムは、４７重量％のＣ_８アルキルと５３重量％のＣ_１０アルキルとを含み、成分のモル質量から考慮すると平均炭素数ｎ_ｍは９である。その後、５０℃の水７００ｇと２２℃のプラスター１１３０ｇとの混合物中に、泡を導入した。このプラスタースラリーを、二枚の厚紙間に堆積させた。プラスタースラリー充填後、余分なプラスタースラリーを除去した。その後、ミニボードを炉内にて、炉内温度を１５分間で１００℃から２００℃に徐々に上昇させた後、２５分間で２００℃から９０℃に徐々に低下させて乾燥させた。
【００３８】
実施例２
実施例１に従ってプラスターボードを製造したが、界面活性剤組成物を、２５重量％のＣ_８アルキル硫酸塩と７５重量％のＣ_１０アルキル硫酸塩とを含む同量の界面活性剤に換えた。組成物中の平均炭素原子数ｎ_ｍは９．５である。
【００３９】
実施例３
実施例１に従ってプラスターボードを製造したが、界面活性剤組成物を、１１重量％のＣ_８アルキル硫酸塩と８９重量％のＣ_１０アルキル硫酸塩とを含む同量の界面活性剤に換えた。組成物中の平均炭素原子数ｎ_ｍは９．８である。
【００４０】
実施例４
実施例１に従ってプラスターボードを製造したが、界面活性剤組成物を、３３．３重量％のＣ_８アルキル硫酸塩と５８．４重量％のＣ_１０アルキル硫酸塩と８．３％のＣ_１２アルキル硫酸塩とを含む同量の界面活性剤に換えた。組成物中の平均炭素原子数ｎ_ｍは９．５である。
【００４１】
実施例５
実施例１に従ってプラスターボードを製造したが、界面活性剤組成物を、７５重量％のＣ_８アルキル硫酸塩と２５重量％のＣ_１０アルキル硫酸塩とを含む同量の界面活性剤に換えた。組成物中の平均炭素原子数ｎ_ｍは８．５である。
【００４２】
実施例６
実施例１に従ってプラスターボードを製造したが、界面活性剤組成物を、アルキル硫酸塩（ＡＳ）とアルキルエーテル硫酸塩（ＡＥＢ）とを含む同量の界面活性剤に換えた。この界面活性剤は、アルファフォーマ（Ａｌｐｈａｆｏａｍｅｒ）の名称でステパン（Ｓｔｅｐａｎ）から販売されている。
【００４３】
実施例に従って形成されたボードは、仏標準ＮＦ Ｐ７２−３０２に一致する一定重量に乾燥された後、計量されて、芯部の密度が判定された。結果を下の表１に記す。
【００４４】
【表１】

本発明による組成物は、アルキル硫酸塩の混合物およびアルキルエステル硫酸塩の混合物と比較して過剰に消費されることなく、これらと同等の重量の減少が得られる。実施例３は、好適に使用された界面活性剤組成物を示す。
【００４５】
ボードの機械的特性を評価するために、ボードから抜粋した５×５ｃｍ^２のサンプルを使用して圧縮強度を測定した。ＮＦ標準Ｐ７２−３０２に従って、ボール硬度および芯部（三点曲げ試験）の破損荷重を測定した。
【００４６】
芯部の硬度および打ち抜き強度（釘抜き試験）はＡＳＴＭ標準のＣ４７３メソッドＢに従って測定した。
得られた結果は、先行技術（実施例６）の界面活性剤組成物を使用して得られた機械的性能は、芯部の密度が同等である場合、本発明のプロセスの長所により達成された機械的性能と比較して劣ることを示す。
【００４７】
実施例５の組成物から得られた性能は、より大きい芯部密度を有するボードの性能に相等する。
従って、満足できる機械的性能において、好適な実施例は、重量の減少が最大である結果に対応する。これらの測定値を下の表２に記す。
【００４８】
【表２】

さらに、形成されたプラスターボードは、厚紙と芯部との間の接着の測定により特徴づけられる。接着測定は、厚紙を引き剥がし、厚紙から離脱した芯部の百分率を評価することにより行う。乾燥接着試験は、乾燥ボードを使用して行った。２時間後、ボードを３０℃で２時間再加湿した後、湿度９０％の制御された雰囲気中で湿潤接着試験を行った。結果を下の表３に記す。
【００４９】
【表３】

これらの結果は、本発明の組成物が、接着において、乾燥接着および２時間後の湿潤接着のいずれにおいても優位性を示し、特にアルキルエーテル硫酸塩を含む界面活性剤と比較して優位性を示すことを提示する。

Claims (13)

1. 芯部の密度が０．７７よりも小さいプラスターボードを製造するプロセスであって、
   水と、Ｈ（ＣＨ_２）_ｎＯＳＯ_３ ⁻Ｍ^＋の化学式を有する少なくとも一つのアルキル硫酸塩を含む界面活性剤とから泡を形成する工程と、式中ｎは６〜１６であり、Ｍは一価カチオンであり、平均炭素原子数ｎ_ｍは９〜１０であることと、
   得られた前記泡をプラスタースラリー中に導入する工程とを含むプロセスにおいて、
   導入される界面活性剤の量は、プラスタースラリー１リットルにつき０．３２ｇを超えないことを特徴とするプロセス。
2. 前記界面活性剤の消費量は、プラスタースラリー１リットルにつき０．２４ｇよりも少ない請求項１に記載のプロセス。
3. 製造されたプラスターボードは、２ＭＰａよりも大きい圧縮強度を有する請求項１または２に記載のプロセス。
4. 前記界面活性剤は、５〜６０重量％のドデシル硫酸塩を含む請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプロセス。
5. 前記界面活性剤は、４０〜９０重量％のデシル硫酸塩を含む請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプロセス。
6. 前記界面活性剤は、５〜６０重量％のオクチル硫酸塩を含む請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプロセス。
7. 前記Ｍは、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、およびアンンモニウムのうちから選択される請求項１乃至６のいずれか一項に記載のプロセス。
8. 前記界面活性剤は、５〜２５重量％のオクチル硫酸ナトリウムと、７５〜９５重量％のデシル硫酸ナトリウムとを含む請求項１乃至７のいずれか一項に記載のプロセス。
9. 前記界面活性剤は、５〜１５重量％のオクチル硫酸ナトリウムと、８５〜９５重量％のデシル硫酸ナトリウムとを含む請求項１乃至８のいずれか一項に記載のプロセス。
10. 前記界面活性剤は、さらに金属イオン封鎖剤を含む請求項１乃至９のいずれか一項に記載のプロセス。
11. 前記界面活性剤は、さらにヒドロトロピー剤を含む請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のプロセス。
12. Ｈ（ＣＨ_２）_ｎＯＳＯ_３ ⁻Ｍ^＋の化学式を有する少なくとも一つのアルキル硫酸塩を含む、プラスターボードを軽量化するための界面活性剤の使用方法であって、式中ｎは６〜１６であり、Ｍは一価カチオンであり、平均炭素原子数ｎ_ｍは９〜１０であり、かつ前記界面活性剤の使用量は、プラスタースラリー１リットルにつき０．３２ｇよりも少ない使用方法。
13. 前記プラスターボードの芯部の密度は０．７７よりも小さい、請求項１２に記載の使用方法。