JP2009512575A - セメント質ボードの製造方法 - Google Patents

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Abstract

硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法は、水と硫酸カルシウム・1/2水和物とを混合してスラリーを作成する段階と、上記混合物に対して促進剤を添加する段階と、上記混合物に対して超音波エネルギーを付与する段階とを備えて成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、通例は石膏プラスタであるセメント質材料のスラリーが、硬化及び乾燥に先立ち、対向する２枚のライニング・シート間に投入されて所望の幅及び厚みに形成されるというセメント質ボードの製造方法に関する。該プロセスは通常は、連続的に大きな線形速度にて実施される。
石膏ボードを製造するためには、焼き石膏(硫酸カルシウム・1/2水和物)の水性スラリーが、上側及び下側の紙材シート間に連続的に拡開される。形成された生成物は次に、上記スラリーが硬化するまで移動ベルト上で連続的に搬送される。その際に上記帯片もしくは薄寸体は、石膏ボードにおける過剰水分が蒸発するまで乾燥される。また石膏壁板の作成において、作成プロセスを増進し又は壁板自体を強化すべく、スラリーに対して種々の物質を添加することは知られている。たとえば、最終的な壁板の密度を低下させる所定度合いの空気混入を実現するために発泡剤を取入れることによりスラリーの重量を低下させることは通常的である。
石膏に対して硬化促進剤を取入れることにより、焼き石膏スラリーの硬化時間を短縮することも知られている。しかし(石膏硬化促進剤としても知られる)新たに粉砕された石膏は、比較的に短い貯蔵寿命を有している。また習用の促進剤材料が熱及び／又は湿気に対して晒されたときにも、該促進剤の促進効果は更に喪失される。
この効果喪失に対抗すべく、促進剤粒子をたとえば糖質又は界面活性剤で被覆することは知られている。
故に、上述の問題を緩和する石膏硬化促進剤、又は、石膏スラリーの硬化時間を短縮する方法に対する要望が在る。
本発明に依れば、水と硫酸カルシウム・1/2水和物とを混合してスラリーを作成する段階と、上記混合物に対して促進剤を添加する段階と、上記混合物に対して超音波エネルギーを付与する段階とを備えて成る、硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法が提供される。
上記超音波エネルギーは10秒未満の時間に亙り付与され得る。
上記促進剤は水和硫酸カルシウムとされ得る。
上記促進剤は化学的促進剤とされ得る。
上記化学的促進剤は硫酸カリウム(K2SO4)とされ得る。
上記スラリーは、混合器内で形成されると共に、石膏プラスタボードを形成すべく、コンベア上に配置された紙材上へと混合器吐出口を介して投入載置され得る。
上記超音波エネルギーは上記スラリーが上記混合器吐出口内に配置されているときに該スラリーに対して付与され得る。
上記超音波エネルギーは、上記スラリーが上記紙材コンベア上に一旦投入載置されてから該スラリーに対して付与され得る。
上記超音波エネルギーは、上記混合器吐出口の出口部に位置された放射形状の超音波用円筒部材を用いて付与され得る。
上記超音波エネルギーは上記混合器内で上記スラリーに対して直接的に付与され得る。
上記超音波エネルギーは、上記混合器内に収容された上記スラリー内に挿入されたプローブを介して上記混合器内で上記スラリーに対して直接的に付与され得る。
上記超音波エネルギーはまた、ロータを介して上記混合器内へと付与され得る。
また本発明に依れば、硫酸カルシウム・1/2水和物と水とを混合する混合器と、コンベア上に載置された紙材上へと石膏スラリーを投入載置する混合器吐出口とを備え、上記混合器吐出口は、上記スラリーが該混合器吐出口を通過するときに該スラリーに対して超音波エネルギーを供給する手段を備えて成る、石膏壁板を製造する装置も提供される。
上記混合器吐出口は管形状の超音波用円筒部材から成り得る。
好適には、公知の促進剤と共に超音波エネルギーを付与すると、短縮された硬化時間が実現されることで、更に効率的なプラスタボード製造プロセスが実現された。驚くべきことに、上記混合器内へと超音波促進剤を付与すると、該混合器内に堆積する物質も減少された。これは、上記混合器に対する超音波エネルギーの付与により生成された振動によりもたらされる。特に、公知の石膏促進剤と共に超音波エネルギーを使用するという組み合わせは、必要とされる粒子状促進剤もしくは化学的促進剤の量が減少するという驚異的に良好な結果を提供した。
次に、添付図面を参照して本発明の実施例が記述される。
図１を参照すると、ロール14からは第1の紙材層12がコンベアもしくはベルト16上に送給される。貯蔵混合器18は、硫酸カルシウム・1/2水和物及び水のスラリーを収容する。この貯蔵混合器18は、管路22に対して接続された吐出口20を備える。上記管路22に対しては、該管路22を通して送給されたスタッコ(stucco)の量を測定かつ制御するために計器が接続される。
貯蔵混合器18に対しては、添加物が加えられる。斯かる添加物としては、凝固遅延剤(たとえばタンパク質、有機酸など)、粘度変性剤(たとえば高流動化剤など)、耐燃剤、硼酸、耐水化学物質(たとえばポリシロキサン、ワックス乳濁液など)、ガラス繊維、耐火増強剤(たとえば蛭石、粘土及び／又はヒュームドシリカなど)、ポリマ化合物(たとえばPVA、PVOHなど)、及び、製造を容易化すべく既知量で付与される澱粉などの他の習用の添加物が挙げられる。
貯蔵混合器18は該混合器が混合したスラリーの形態の内容物を紙材12に対して吐出するために吐出口20を備える。
その場合にこのスラリー混合物は、吐出管22を介し、移動するベルト16上に配備された紙材12上に吐出される。
スラリー流24に対しては上記混合器内で澱粉の如き添加物が添加されると共に、該スラリー流の上側表面の全体に亙り、ロール28からの更なる紙材層26が配備される。故にスラリーは、２枚の紙材もしくは厚紙12及び26の間に挟持される。これらの２枚の紙材は、結果的な石膏ボードの上張りとなる。
結果的なボードの厚みは成形ステーション30により制御されると共に、該ボードは引き続き、重なり合う紙材カバーシート12、26の縁部を切断もしくは罫書き折曲し、且つ、接着するという適切な機械的デバイスを採用することにより調製される。硬化しつつあるスラリーが上記移動するコンベア・ベルト上で進行するとき、付加的な案内部材がボードの厚み及び幅を維持する。ボードパネルは、切断されて乾燥器に投入されることでプラスタボードは乾燥される。
本発明のこの実施例において管路22はリング形状の放射状円筒部材により置き換えられ得、この円筒部材を通してスラリーはスラリー流24に対して送給され、上記管路を通る移行の間において超音波エネルギーが供与され得る。
図２を参照すると管路22は、外側金属管40と内側ボア42とを備えた金属製の超音波用の放射状円筒部材の形態で構成され得る。スラリー24は管路22を通過し、その場合、該管路がスラリー流を紙材12上に形成するときに超音波エネルギーが付与される。
好適には、石膏スラリーに対して付与される超音波エネルギーを使用すると、結晶化の促進により石膏の硬化時間が短縮される。
上記石膏スラリーに対して付与される超音波エネルギーの量が、分子同士を一体的に保持する自然力を超過した場合には空洞化が生ずることは理解される。
空洞化気泡の内破により、スラリー内には短命のホットスポットが生成される。スラリー内における幾つかの気泡の崩壊によれば核形成部位が引き起こされることで、結晶化の促進が許容され得る。
これにより、超音波エネルギーにより生成された振動の故に、上記スラリー吐出ノズルが自己清浄化式の吐出ユニットになるという付加的な利点が得られる。混合器吐出口における振動によれば、スラリーは、移動するコンベアの全体に亙り均一に拡開もされ得る。
本発明の一実施例において管路22は広口で管状の超音波用円筒部材により置き換えられ得、この円筒部材を通してスラリーはスラリー流24に対して送給され、上記管路を通る移行の間において超音波エネルギーが供与され得る。
図３を参照すると管路22は、一定の手段により円錐区画52に対して接続されることで広口のスラリー出力ボア54を形成するという筒状の外側金属管50を備えた金属製の超音波用の放射状円筒部材の形態で構成され得る。スラリー24は管路22を通過し、その場合、該管路がスラリー流を紙材12上に形成するときに超音波エネルギーが付与される。また好適には、混合器吐出口として広口の設計態様の超音波用円筒部材を使用することにより、紙材12上のスラリー流は更に均一に分散され、付加的な機械的振動装置の使用への依存が少なくなり得る。
次に図４を参照すると、代替的に、混合器チャンバ18自体内に一対の超音波プローブ52、54が挿入され得る。プローブ52及び54は好適には、スラリー混合物に対して振動を提供することにより混合器の目詰りを防止する方法を達成すべく作用する。
図５を参照すると、混合器のロータ53はそれ自体、生成器57により超音波エネルギーが提供される。該ロータは本質的には習用のロータであるが、付加的に超音波エネルギーが提供され、該ロータはこのエネルギーを、混合器チャンバ18内に送給された石膏スラリー混合物に対して付与し得る。
以下の各例の結果は、本発明を更に例証するが、本発明の有効範囲を制限すると解釈されるべきでない。
各例に関し：
・異なる粘度を実現すべく70、80及び90重量％のスタッコ(添加物なし)を含む異なる水分量のスタッコが作成された。
・異なる水分量による個々のスラリーは、2、3、5、10、15及び20秒の異なる時的間隔に対して(20kHzの固定周波数にて)超音波プローブにより音波適用された。
・各音波適用に対する硬化時間は、Vicat硬化試験を用いて測定された。
・音波適用に関する発泡体の影響を決定すべく、異なる付加的なレベルの発泡体を有する異なるスラリーが、非発泡スラリーに対して上記で説明されたのと同一の様式で試験された。この場合、水分量は一定に維持されると共に、発泡体の添加レベルが変更された。
・両方の群の例(非発泡スラリー及び発泡スラリー)は、異なるパワー出力(1kW及び1.5kW)の異なる超音波プローブを用いて反復された。
・各例は、特定の促進剤である粉砕鉱質Nansa(Ground Mineral Nansa)(GMN)及び化学的促進剤である硫酸カリウムと組み合わせて超音波を用いて反復された。
実施例１：
70、80及び90重量％のスタッコによる３つの異なる水分量にて、1000gのスタッコを用いて角柱が作成された。スラリーに対しては、1kWのパワー出力により超音波プローブを用いて3、5及び10秒に亙り超音波エネルギーが付与された。上記スタッコ及び水を5秒間の分散時間に亙り混合するために、大型の高速配合機が使用された。使用された水は、40℃の一定温度のままであった。この場合、スラリーに対して発泡体は添加されなかった。
Figure 2009512575
実施例２：
発泡されたスラリーに関する超音波促進の効果を決定すべく、各試験が実施された。90重量％のスタッコによる水分量を有する1000gのスタッコを用い、角柱が作成された。上記スタッコ配合物に対して添加されるべき発泡体を生成するために、発泡体生成器が使用された。上記発泡体生成器は、2.5リットル／分の空気流速、0.25リットル／分の発泡体流速、及び、0.3％の発泡体濃度を有すべく設定された。スラリー混合物を生成するために、10秒間の合計分散時間に亙り大型配合機が低速で使用された。石膏スラリーの硬化を促進するために、3、5及び10秒の音波適用時間にて1kWの超音波プローブが使用された。
スタッコ及び水分は大型バッチ混合器にて、配合物に対して発泡体が添加される前に3秒間に亙り混合され、且つ、更に7秒に亙り混合されてサンプル1及び2が生成された。サンプル3及び4の場合、スタッコ及び水は、発泡体が添加される前に3秒間に亙り混合され、且つ、更なる4秒間に亙り混合された。
Figure 2009512575
実施例３：
超音波エネルギーのみに対し、粒子状促進剤により得られた硬化時間を比較すべく、粒子状促進剤(GMN)に対する超音波の影響を試験するために角柱が作成された。この場合、発泡体は添加されず、且つ、水温40℃にて90重量％のスタッコによる水分量が使用された。5秒間の分散時間に亙り水により上記スタッコ及びGMNを混合すべく、大型の高速配合機が使用された。該配合機においてスラリーを作成する前に、乾燥したスタッコ粉末に対して30秒間に亙り手作業でGMNが混合された。
Figure 2009512575
実施例４：
(前述のプローブでは可能とされた)1kWパワーと比較して1.5kWをもたらし得る更に高出力のプローブを用い、非発泡スラリーが音波適用された。再び、90重量％の水分量(40℃の水温)を有する1000gのスタッコが高速配合機内で5秒間に亙り混合され、各サンプルが生成された。
Figure 2009512575
実施例５：
石膏スラリーの硬化時間を更に促進すべく硫酸カリウムと併せて超音波による空洞化が使用され得るか否かを決定するために、２つの付加的レベル(0.06及び0.1重量％)の硫酸カリウム(化学的促進剤)を備えた非発泡サンプルが、高出力プローブ(1.5kW)を用いて異なる時的間隔に亙り音波適用された。
Figure 2009512575
表５に見られる如く、化学的促進剤(硫酸カリウム)と組み合わせて超音波エネルギーを付与すると、硬化時間の相当の進展がもたらされる。石膏スラリーの硬化時間を短縮する上で、この超音波エネルギー及び化学的促進剤の特定の組み合わせは、夫々の手法を単独使用するよりも更に有効であることが見出された。
表６は、石膏の硬化を促進すべく本発明に従い超音波を用いた‘工場での’実験から得られた結果のリストである。
Figure 2009512575
Figure 2009512575
Figure 2009512575
表７は、工場実験の間に達成された硬化時間の結果の要約表である。
Figure 2009512575
Figure 2009512575
以下の各グラフは、超音波使用による密度減少特性を強調している。超音波的に処理されたサンプルに対して全ての比較対照物を比較すると、全てのサンプルは比較対照物よりも低い密度を有することが示される。処理された各サンプルは、密度に関して対応強度を有していた。超音波は、強度に対して不都合な影響は有さず、単に密度を減少した。処理された各サンプルは、比較対照サンプルに見られるのと同様に密度に比例した強度変化を示す。
超音波による密度減少特性は、別の有用な効果である。故に超音波は、スラリーに空気混入を行うことで水分量もしくは発泡体使用の減少を許容するためにも使用され得る。水分量の減少は大きな経済的利点である、と言うのも、それはエネルギー使用量の減少を意味するからである。超音波の使用は、スラリーに対して機械的に空気混入を行うと共に、水分もしくは発泡体の量を減少しながら同一の生成物密度が達成されるという利点を意味する。
Figure 2009512575
Figure 2009512575
石膏ボード製造ラインの断片的で概略的な長手方向断面図である。 本発明の一実施例に係る混合器吐出口の形状の一例を示す図である。 本発明の更なる実施例に係る放射状円筒部材の形状の混合器吐出口の概略図である。 超音波プローブを備えた混合器の概略的断面図である。 本発明の更なる実施例に係る超音波ロータを備えた混合器の概略的断面図である。

Claims (16)

  1. ａ．水と硫酸カルシウム・1/2水和物とを混合してスラリーを作成する段階と、
    ｂ．上記混合物に対して促進剤を添加する段階と、
    ｃ．上記混合物に対して超音波エネルギーを付与する段階とを備えて成る、
    硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法。
  2. 前記スラリーは、混合器内で形成されると共に、石膏プラスタボードを形成すべく、コンベア上に配置された紙材上へと混合器吐出口を介して投入載置される、請求項１記載の硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法。
  3. 前記促進剤は粒子状促進剤である、請求項１又は２に記載の硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法。
  4. 前記促進剤は化学的促進剤である、請求項１又は２に記載の硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法。
  5. 前記化学的促進剤は硫酸カリウムである、請求項４記載の硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法。
  6. 前記超音波エネルギーは前記スラリーが前記混合器吐出口内に配置されているときに該スラリーに対して付与される請求項１から５のいずれかに記載の硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法。
  7. 前記超音波エネルギーは、前記スラリーが前記紙材コンベア上に一旦投入載置されてから該スラリーに対して付与される、請求項１から５のいずれかに記載の硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法。
  8. 前記超音波エネルギーは、前記混合器吐出口の出口部に位置された放射形状の超音波用円筒部材を用いて付与される、請求項７記載の硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法。
  9. 前記超音波エネルギーは前記混合器内で前記スラリーに対して直接的に付与される、請求項１記載の硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法。
  10. 前記超音波エネルギーは、前記混合器内に収容された前記スラリー内に挿入されたプローブを介して上記混合器内で上記スラリーに対して直接的に付与される、請求項９記載の硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法。
  11. 前記超音波エネルギーは10秒未満の時間に亙り付与される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法。
  12. 前記超音波エネルギーはロータを介して前記混合器に対して付与される、請求項９記載の硫酸カルシウム・1/2水和物と水との硬化反応を促進する方法。
  13. ａ．硫酸カルシウム・1/2水和物と水とを混合する混合器と、
    コンベア上に載置された紙材上へと石膏スラリーを投入載置する混合器吐出口とを備え、
    上記混合器は、上記スラリーに対して超音波エネルギーを供給する手段を備えて成る、
    石膏壁板を製造する装置。
  14. 前記混合器吐出口は管形状の超音波用円筒部材から成り得る、請求項１３記載の石膏壁板を製造する装置。
  15. 前記超音波エネルギーは混合器ロータを介して前記スラリーに対して付与される、請求項１４記載の石膏壁板を製造する装置。
  16. 前記混合器ロータは超音波用円筒部材である、請求項１４記載の石膏壁板を製造する装置。
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