JP2010514593A - ウォールボード充填剤として粉末石膏を使用する方法 - Google Patents

Abstract

硫酸カルシウム半水和物、硬化遅延剤および水をミキサー中で組み合わせて石膏スラリーをつくり、硫酸カルシウム２水和物をミキサーの下流で石膏スラリーへ加えることからなる石膏スラリーを製造する方法に関し、スラリーの流動性を維持しつつ、石膏スラリーに使用される分散剤の使用量を減らすことができ、分散剤の使用量の減少は、分散剤に費やされるコストを節約しそして硬化の遅延のような不利な副作用を減少させることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、石膏スラリーの充填剤として粉末石膏（ｌａｎｄ ｐｌａｓｔｅｒ）を利用する方法に関する。より詳細には、粉末石膏は、スタッコミキサーの外側で石膏スラリーへ添加されて結晶反応における種晶のその能力を減らすかまたは遅らせる。

石膏に基づく建築用製品は、通常、建築物に用いられる。石膏からつくられたウォールボードは防火性であり、ほとんどすべての形状の壁の建築に使用できる。それは、内装の壁および天井の製品に主として用いられる。石膏は、消音性を有する。それは、もし傷つけられたならば、比較的容易に継ぎ当てやまたは置換ができる。ウォールボードに施すことができる種々の修飾仕上げが存在し、それらはペンキおよび壁紙を含む。たとえすべてのこれらの利点を有しているとしても、それは比較的安価な建築用材料である。

石膏はまた、硫酸カルシウム２水和物、白土（ｔｅｒｒａ ａｌｂａ）または粉末石膏としても知られている。焼き石膏（Ｐｌａｓｔｅｒ ｏｆ Ｐａｒｉｓ）も、焼成石膏、スタッコ、硫酸カルシウム半水和物（ｓｅｍｉｈｙｄｒａｔｅ、ｈａｌｆｈｙｄｒａｔｅ、またはｈｅｍｉｈｙｄｒａｔｅ）として知られている。例えば電力プラントからのガス脱硫化プロセスの副生成物である合成石膏も使用できる。それが掘り出されるとき、原料石膏は、一般に、２水和物の形で見いだされる。この形では、硫酸カルシウムのそれぞれの分子と結合している２つの水の分子がある。半水和物の形を生ずるためには、石膏は焼成されて、以下の式により、水和の水のいくらかを追いだす。

多数の有用な石膏製品は、スタッコと水とを混合し、そして硫酸カルシウム半水和物を水と反応させて半水和物を連結した硫酸カルシウム２水和物の結晶に転換することによって硬化させることにより製造できる。マトリックスの形として、生成したスラリーは固くなり、所望の形状を保つ。過剰の水は、次に乾燥により生成物から除かねばならない。

顕著な量のエネルギーは、石膏物品をつくるプロセスで消費される。粉末石膏は、それを加熱して水和の水を追いだすことにより、焼成されてスタッコをつくる。その後、石膏が２水和物の形への半水和物の水和により硬化するとき、水は置換される。スラリーを流動化するのに使用される過剰の水は、次にそれをオーブンまたはキルンで乾燥することにより硬化物品から追い出される。従って、スラリーを流動化するのに必要な水の量を減らすことは、燃料の要求量が減るとき、経費の節約になる。追加の燃料の節約が、もし焼成に必要な材料の量が減るならば、得られることになる。

分散剤を用いて流体スラリーをつくるのに使用される水の量を減らす試みがなされてきた。ポリカルボキシレートスーパー可塑剤は、水の減少を可能にするのに非常に有効であり、水の減少が密度を増大させるとき、強さの増加が得られる。これらの材料は比較的高価である。多い量で使用されるとき、ポリカルボキシレート分散剤は、石膏製品の製造においてただ１つの最も高価な添加物の１つである。この成分の高い価格は、競争の非常に激しい市場においてこれらの製品の低いマージンを、さらに低くする。

ポリカルボキシレート分散剤に伴う他の不利益は、硬化反応の遅延である。石膏ボードは、数分間でスラリーが混合され、注がれ、成形されそして乾燥される高速製造ラインでつくられる。ボードは、その形状を維持して、１つのコンベヤーラインから他のラインへ動かして、ボードをキルン中に入れることができなければならない。もしボードが所望の長さに切断されそして製造プロセス中取り扱われるときまで、最低の未加工の強さを達成できないならば、損傷が生ずるかもしれない。もしボードがプロセス中で次の工程に移動できるほど十分に硬化していないために、ボードのラインを遅くしなければならないならば、製造コストは上昇し、経済的に競争できない製品を得ることになる。

スラリーを流動化するのに分散剤の効力を増大させ、水の要求量を減らす一方で高価な分散剤の一部を変性剤で置換することを可能にする変性剤が見いだされている。しかし、変性剤がスラリーへ添加されるやり方および時期に依存して、変性剤が常に働くとは限らないことが分かった。そのため、変性剤が常に働いて分散剤の量を減らすことができる方法で、変性剤をスラリーへ運ぶ伝達媒体が要求されている。

水中で容易に流動化できる充填剤の使用は、燃料の必要量を減らす他の方法として考えられてきた。しかし、石膏製品そして特に石膏パネルまたはウォールボードの重要な性質の１つは、その耐火性である。硫酸カルシウム２水和物は重量で約２０％の水を含む。焼成石膏の一部を防火性の低い充填剤で置換することは、仕上げ製品のこの性質を減らすことになる。多くの充填剤は、また圧縮強さそしてウォールボードの釘抜き強さを減らす。

粉末石膏は、石膏製品の充填剤として使用されている。それは、また防火性、安価、入手容易性であり、そして必要な焼成石膏の量を減らすが、また不利な点も有する。充填剤として働くのに十分な量で使用される硫酸カルシウム２水和物は、また結晶化プロセスをより早く開始する種晶をもたらすことにより、半水和物に対して硬化促進剤として働く。これは、スラリーの早すぎる剛化を生じさせる。

従って、焼成した石膏を置換することにより、または硬化した生成物から追い出される水の量を減らすことによりまたはこれらの両者により、燃料の消費を減らす、石膏物品特にウォールボードで使用される充填剤を当業者は求めている。充填剤は、硬化石膏にほぼ等しい防火性を有しなければならず、そしてそれは、安価で入手が容易でなければならず、そして仕上げ製品の強さを減らしてはならない。

それゆえ、当業者は、スラリーの流動性を維持しつつ、石膏スラリーに使用される分散剤の使用量を減らすことを求めている。分散剤の使用量の減少は、分散剤に費やされるコストを節約しそして硬化の遅延のような不利な副作用を減少させる。

上記および他の要求は、石膏製品の充填剤として粉末石膏を利用する改良された方法を利用する本発明を用いることによって、満たされるか、またはそれ以上のことを得る。

本発明の１つの態様は、ミキサー中で硫酸カルシウム２水和物、水および硬化遅延剤を組み合わせることを含む石膏スラリーを製造する方法に関する。硫酸カルシウム２水和物は、ミキサーの下流で石膏スラリーへ添加される。任意に、粉末石膏は、石膏スラリーへの添加前に水と組み合わされる。

本発明の他の態様は、硫酸カルシウム半水和物、ポリカルボキシレート分散剤、水および被覆された硫酸カルシウム２水和物を含む石膏スラリーである。この場合、変性剤は、任意に、添加されて石膏スラリーを流動化する分散剤の能力を増大する。

石膏パネルを製造する方法は、硫酸カルシウム半水和物および水をミキサー中で混合し、次にスラリーがミキサーからでた後に硫酸カルシウム２水和物とそれを組み合わせることを含む。スラリーは、外装材へ付着しそして硬化させる。

焼成石膏の一部を粉末石膏で置換することは、焼成石膏の必要量を減らし、焼成プロセスにより消費される燃料および電力の減少から実現される節約をもたらす。スタッコ製造により制限されたプラントは、また、より多いボードが同じ量のスタッコでつくられるので、生産能力の増大を達成できる。

混合後粉末石膏を添加することは、硬化促進剤として働くその能力を減退させる。プロセスの後期に硫酸カルシウム２水和物を添加することにより、半水和物の分子は、適切な物品へ形成される前に、種晶へ近づくことを制限する。粉末石膏が硬化反応の開始に利用される時期をコントロールする能力は、硬化促進剤の使用を減少させ、コストを節約させる。装置の中断時間は、早すぎる剛化のリスクがある、ミキサーへの硫酸カルシウム２水和物の結晶の添加に比べて、短縮する。

生産能力が向上するとき、それは投資を顕著に増大させることなく得ることができる。この資本は、節約されるならば支払われる他の目標または物権に利用できるようになる。多数のプラントがスタッコの生産によるかまたはキルンの乾燥によるかの何れかにより制限されるため、この被覆の使用は広い応用を有する。

いくつかの態様では、強さの損失は完全に避けることができる。粉末石膏は、多くの他の充填剤よりも高い強さをもたらす。好ましい被覆の少なくとも１つは、強さの損失が全くない製品を生ずる。これは、特に良好な製品を生成し、それは、１００％焼成石膏から硬化した石膏の性質の多くを有する。

本発明の石膏スラリーは、水、焼成石膏および粉末石膏を使用して製造され、粉末石膏はミキサーの下流で添加される。本発明の利益は、ポリカルボキシレートを含むスラリーで使用されるとき最も明らかであるが、充填剤として粉末石膏を利用することが望ましいが、早すぎる濃厚化を避けねばならないすべての態様において有用である。

種々のスタッコの混合物を含む焼成石膏またはスタッコのすべてが、このスラリーでは有用である。アルファ焼成スタッコまたはベータ焼成スタッコの何れも有用である。任意の源からのスタッコが使用でき、合成石膏も含む。下記のように、平均または塩の少ないスタッコは、可能な相互作用のためにポリカルボキシレート分散剤が使用される態様において好ましい。

硫酸カルシウム半水和物は、水と組み合わされてミキサー中でスラリーをつくる。任意の市販のミキサーが使用されるが、好ましくは、ミキサーは、生産スケールの滞留時間の短いミキサーである。水をミキサーへ入れる。任意の乾いた成分を計量して硫酸カルシウム半水和物中に加え、次にすべての乾いた成分をミキサーへ加える。スラリーは、好ましくは連続的にミキサーから出る。

ミキサーを出ると、フォームがスラリーへ加えられて硬化製品の重量を減らす。本発明のいくつかの態様は、発泡剤を用いて硬化石膏含有製品中に空隙を生じさせて重量を軽くする。これらの態様では、フォームを有する硬化石膏製品を製造するのに有用なことが知られている任意の従来の発泡剤が使用できる。多くのこのような発泡剤は、良く知られておりそして容易に入手でき、例えばＧＥＯ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ａｍｂｌｅｒ、ＰＡからの石けんのＨＹＯＮＩＣラインがある。フォームおよびフォームを有する石膏製品の製法は、米国特許５６８３６３５に開示されており、それは本明細書において参考として引用される。フォームは、好ましくは、可撓性の筒によりスラリーの流れへ添加される。

粉末石膏は、スタッコの一部を置換するために充填剤として使用される。粉末石膏は２水和物の形の硫酸カルシウムであるため、それは水和の水を必要とせず、そのためスタッコよりも水の要求量は少ない。粉末石膏は、結晶形成反応に加わることがなく、そのため半水和物と同じ程度で結晶マトリックス中へ結合することがない。特にもし粉末石膏の量が石膏材料の全量の１０％を超えるならば、強さがいくらか失われる。任意の量の粉末石膏が使用できるが、好ましくは、粉末石膏の測定量は、乾燥基準で全硫酸カルシウム材料の約３−１０％である。この明細書で使用されるとき、用語「硫酸カルシウム材料」は、硬石膏、半水和物および２水和物の形を含むその形のすべての硫酸カルシウムを含む。

粉末石膏は、ミキサーの下流でスラリーへ添加される。混合のエネルギーは、スタッコを硫酸カルシウム２水和物結晶により急速に曝し、「種晶」の作用を増すものと考えられる。一度２水和物の種晶へ曝されると、スラリーの剛化が加速される。生成した物品が形成された後に剛化が望ましいが、スラリーがミキサー中または輸送ライン中にある間は望ましくない。混合後粉末石膏へスタッコを曝すことは、スタッコの剛化が望ましいとき、２水和物粒子とのスタッコの接触と石膏物品の形成との間の時間を短縮する。

好ましくは、粉末石膏は、フォーム添加後、石膏スラリーへ添加される。粉末石膏と石膏スラリーとの組み合わせは、またフォーム添加前、またはもしフォームが全く添加されないならば、製造プロセスの他の工程で行われる。

或る好ましい態様では、粉末石膏は、水へ添加されて、石膏スラリーへのその添加前に粉末石膏スラリーをつくる。任意に、粉末石膏がそれへ添加されるとき、水を温める。華氏１２０度（４９℃）以内の水温が特に有用であり、そしてより高い温度の使用も考えられる。

粉末石膏または粉末石膏スラリーが石膏スラリーへ添加されるとき、特別な混合を必要としない。組み合わせ後、生成したスラリーは、１つ以上のホースまたは管を経て流れて形成テーブルに達する。この路を通るスラリーの流れは、一般に、粉末石膏および半水和物を適当な程度に混合するのに十分である。水路が短絡するときは、混合を助けるものの使用例えばスタチックミキサーが任意に使用される。

粉末石膏は、任意に、石膏スラリーの濃厚化の早すぎる開始を防ぐ任意の適用可能なコーティングにより被覆される。好ましくは、コーティングはスタッコより可溶ではなく、粉末石膏が曝される前に他の添加物の配合および混合に要する時間が用意される。コーティングは、任意の好適な被覆方法で粉末石膏へ適用できる。好ましくは、粉末石膏は、コーティング溶液へ添加される。一度被覆されると、粉末石膏は、所望により後の使用のために乾燥される。しかし、好ましい被覆方法では、コーティングは粉末石膏の上に沈降し、一方粉末石膏はコーティング溶液とともにスラリーのままに維持される。粉末石膏を乾燥するのに必要なエネルギーは節約される。被覆された粉末石膏によるスラリーの被覆は、次に生成物が形成される前にスタッコと配合される。

多くのコーティングは、本発明で有用である。好ましいコーティングは、ＤＥＱＵＥＳＴ特にＤＥＱＵＥＳＴ ２００６、ホスホネート分散剤（Ｓｏｌｕｔｉａ、Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ）または炭酸カルシウムを含む。リン酸３ナトリウムまたはピロリン酸４ナトリウムからつくられる他のコーティングも有用である。粉末石膏より可溶ではなくそして核生成の活性部位を減らす粉末石膏粒子上に被覆できる任意の材料が使用できる。

特に有用なコーティングは炭酸カルシウムである。コーティングは、好ましくは溶液からの硫酸カルシウム２水和物または粉末石膏上への炭酸カルシウムの沈降により形成される。コーティングの１つの態様は、水和された石灰例えばカルシウム水酸化マグネシウムおよびソーダ灰または炭酸ナトリウムを組み合わせることにより得られる。次に硫酸カルシウム２水和物を添加する。置換反応が生じ、炭酸カルシウムとともに固体を形成させる。石灰の添加は、また炭酸カルシウムをミキサーまたは他の装置の内部の上よりむしろ特に粉末石膏上に沈殿させる。被覆された粉末石膏がつくられた後、スタッコおよび任意の他の添加物はスラリーへ添加される。１０重量％の全硫酸カルシウム材料が炭酸カルシウムにより被覆された粉末石膏の形でありそして９０重量％の硫酸カルシウム材料が半水和物の形であるとき、ほとんど１０％の水の減少が１００％半水和物に比べて達成される。

いくつかの態様では、スラリーをつくるのに使用される水の量の減少は、分散剤例えばポリカルボキシレートまたはナフタレンスルホネートの添加により達成される。分散剤は、それ自体硫酸カルシウムへ付着し、次にポリマーの枝分かれ鎖上の側鎖および骨格上の電荷した基は、互いに反撥し、石膏の粒子が拡がりそして容易に流れることができる。スラリーがより容易に流れるとき、水の量は減りそしてなお流動可能な流体を得る。一般に、水の減少は乾燥コストを減らす。

石膏の流動性を改善するのに有用なすべてのポリカルボキシレート分散剤は、本発明のスラリー中に所望により使用される。分散剤の使用は、スラリーを流動化するのに必要な水の量を減らし、そしてもし石膏製品がキルンで乾燥されるならば、追加のエネルギーの節約を生ずる。多数のポリカルボキシレート分散剤、特にポリカルボキシエーテル類は、好ましいタイプの分散剤である。スラリーで使用される分散剤の好ましいクラスの１つは、２つの繰り返し単位を含む。それは、米国特許出願１１／１５２４１８にさらに記載されており、それは本明細書で参考として引用される。これらの分散剤は、Ｄｅｇｕｓｓａ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ、ＧｍｂＨ（Ｔｒｏｓｔｂｅｒｇ、ドイツ）の製品であり、そしてＤｅｇｕｓｓａ Ｃｏｒｐ．（Ｋｅｎｎｅｓａｗ、ＧＡ）（以後、「Ｄｅｇｕｓｓａ」とする）により供給され、そして以後「ＰＣＥ２１１−Ｔｙｐｅ分散剤」とよぶ。

第１の繰り返し単位は、オレフィン性不飽和モノカルボン酸繰り返し単位、そのエステルまたは塩、またはオレフィン性不飽和硫酸繰り返し単位またはその塩である。好ましい第１の繰り返し単位は、アクリル酸またはメタクリル酸を含む。１価の塩または２価の塩が、酸基の水素の代わりに好適である。水素は、また炭化水素基により置換されてエステルを形成する。

第２の繰り返し単位は、式Ｉ

を満足し、そしてＲ_１は式ＩＩ

に従って不飽和（ポリ）アルキレングリコールエーテル基から誘導される。

式Ｉに関し、アルケニル繰り返し単位は、所望により、ポリマー骨格とエーテル結合との間のＣ_１−Ｃ_３アルキル基を含む。ｐの値は、０−３の整数である。好ましくは、ｐは０かまたは１の何れかである。Ｒ^２は、水素原子かまたは脂肪族Ｃ_１−Ｃ_５炭化水素基（線状、枝分かれ、不飽和または飽和である）かの何れかである。好ましい繰り返し単位の例は、アクリル酸およびメタクリル酸を含む。

式ＩＩのポリエーテル基は、複数のＣ_２−Ｃ_４アルキル基を含み、それは酸素原子により接続された少なくとも２つの異なるアルキル基を含む。Ｍおよびｎは、独立して、２−４の整数である。好ましくは、ｍおよびｎの少なくとも１つは２である。Ｘおよびｙは、独立して、５５−３５０の整数である。ｚの値は０−２００である。Ｒ^３は、非置換または置換のアリール基そして好ましくはフェニルである。Ｒ^４は、水素または脂肪族Ｃ_１−Ｃ_２０炭化水素基、脂環式Ｃ_５−Ｃ_８炭化水素基、置換Ｃ_６−Ｃ_１４アリール基または式ＩＩＩ（ａ）、ＩＩＩ（ｂ）およびＩＩＩ（ｃ）の少なくとも１つに該当する基である。

上記の式において、Ｒ^５およびＲ^７は、互いに独立してアルキル基、アリール基、アラルキル基またはアルキルアリール基を示す。Ｒ^６は、２価のアルキル基、アリール基、アラルキル基またはアルキルアリール基である。ＰＣＥ２１１−Ｔｙｐｅ分散剤の特に有用な分散剤はＰＣＥ２１１（以後「２１１」とする）である。ウォールボードで有用であることが知られているこのシリーズの他のポリマーはＰＣＥ１１１を含む。ＰＣＥ２１１−Ｔｙｐｅ分散剤は、ともに「Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ」と名付けられたＤｅｇｕｓｓａ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓによる米国特許出願１１／１５２６７８および１１／１５２６７８のコンチュニエーション−イン−パートに十分に記載されており、それらは参考として本明細書に引用される。

ＰＣＥ２１１Ｔｙｐｅ分散剤の分子量は、好ましくは、約２００００ダルトンから約６００００ダルトンである。驚くべきことに、高い分子量の分散剤が、６００００ダルトンより高い分子量を有する分散剤よりも短い硬化時間の遅延を生じさせることが分かった。一般に、全体の分子量の増加を生ずるより長い側鎖の長さは、より良好な分散性をもたらす。しかし、石膏によるテストは、分散剤の効力が約５００００ダルトンより上の分子量で低下することを示す。

Ｒ^１は、好ましくは、全繰り返し単位の約３０％から約９９モル％、より好ましくは約４０％から約８０％を構成する。繰り返し単位の約１モル％から約７０モル％、より好ましくは約１０モル％から約６０モル％はＲ^２である。

分散剤は、任意の有効な量で使用される。大部分は、選択される分散剤の量は、スラリーの望ましい流動性に依存する。水の量が減ると、一定のスラリーの流動性を維持するために、より多い量の分散剤が必要になる。ポリカルボキシレート分散剤は比較的高価な成分であるため、少量の使用量、好ましくは乾いた硫酸カルシウム材料の重量に基づいて２重量％より少なくそしてより好ましくは１重量％より少ない量で使用するのが好ましい。好ましくは、分散剤は、硫酸カルシウム材料の乾燥重量に基づいて約０．０５％から約０．５％の量で使用される。より好ましくは、分散剤は、同じ基準で約０．０１％から約０．２％の量で使用される。液体分散剤を計量するには、ポリマー固体のみが分散剤の使用量を計算するのに考慮され、そして分散剤からの水は、水／スタッコの比が計算されるとき、考慮される。

同じ繰り返し単位を有する多くのポリマーが、それらの異なる分布を使用して製造できる。酸含有繰り返し単位対ポリエーテル含有繰り返し単位の比は、電荷密度に直接関係する。好ましくは、コポリマーの電荷密度は、コポリマー１ｇあたり約３００−約３０００μ当量電荷の範囲にある。分散剤のこのクラスの中で水の減少についてテストされた最も有効な分散剤であるＭＥＬＦＬＵＸ ２６５１Ｆは、最高の電荷密度を有する。

しかし、電荷密度の増加は、分散剤の遅延作用をさらに増大させることも分かっている。低い電荷密度を有する分散剤例えばＭＥＬＦＬＵＸ ２５００Ｌは、高い電荷密度を有するＭＥＬＦＬＵＸ ２６５１Ｆ分散剤よりも硬化時間を遅延させない。硬化時間の遅延が、高い電荷密度の分散剤により得られる効力の増大とともに増加するため、水が少なく良好な流動性および妥当な硬化時間を有するスラリーをつくることは、電荷密度を中間の範囲に保つ必要がある。より好ましくは、コポリマーの電荷密度は、コポリマー１ｇあたり約６００−約２０００μ当量電荷の範囲にある。

変性剤は、任意に、石膏スラリーへ添加されてポリカルボキシレート分散剤の性能を向上させる。変性剤は、任意の物質であって液体でも固体でもよく、石膏スラリー中でポリカルボキシレート分散剤と組み合わされるとき、分散剤の効力を改善させる。変性剤は、それら自体分散剤である必要はなく、分散剤をより有効にするのに働く。例えば、一定の濃度の分散剤で、変性剤が使用されるとき、変性剤のない同じスラリーに比べて、流動性が得られる。

変性剤の使用に含まれる正確な化学理論は十分に理解されていないが、少なくとも２つの異なるメカニズムが、分散剤の効力の増大に関係する。例えば、石灰は、水溶液中でポリカルボキシレートと反応して分散剤の分子をほどく。対照的に、ソーダ灰は石膏の表面と反応して分散剤の作用の改善を助ける。任意のメカニズムが変性剤により使用されて、本発明の目的のために分散剤の効力を改善する。理論的に、もし２つのメカニズムが個々に働くならば、変性剤の組み合わせは、両方のメカニズムのすべての作用を利用しそしてより良好な分散剤の効力を得ることを見いだせる。

好ましい変性剤は、セメント、石灰（生石灰または酸化カルシウムとしても知られている）、消石灰（水酸化カルシウムとしても知られている）、ソーダ灰（炭酸ナトリウムとしても知られている）、炭酸カリウム（あく、灰汁としても知られている）、および他の炭酸塩、珪酸塩、水酸化物、ホスホネートおよびリン酸塩を含む。珪酸ナトリウムは好ましい珪酸塩である。

石灰または消石灰が変性剤として使用されるとき、それは、乾いた硫酸カルシウム材料の重量に基づいて約０．１５％から約１．０％の濃度で使用される。水の存在下、石灰は、水酸化カルシウムすなわち消石灰へ直ちに転換され、そしてスラリーのｐＨはアルカリ性になる。ｐＨの鋭い立ち上がりは、スラリーの化学的性質に多数の変化を生じさせる。トリメタホスフェートを含む或る添加物は、ｐＨが上がるとき、破壊される。水和にも問題があり、スラリーがウォールボードまたは石膏パネルをつくるのに使用されるとき、高いｐＨでの紙の結合に問題がある。スラリーと接触するようになった作業者にとり、強いアルカリ性組成物は皮膚を刺激し、接触を避けねばならない。約１１．５のｐＨより上で、石灰は、もはや流動性を増大させない。そのため、この変性剤からの最大の性能のためにｐＨを約９より下に保持することが、或る用途では好ましい。他の用途例えばフローリングでは、高いｐＨはかび類を最低にする利点を有する。アルカリ金属水酸化物特にナトリウムおよびカリウムの水酸化物は、フローリングの用途に好ましい。

他の好ましい変性剤は、炭酸塩、ホスホネート、リン酸塩および珪酸塩を含む。好ましくは、変性剤は乾いた硫酸カルシウム材料の重量に基づいて０．２５％より少ない量で使用される。これらの濃度より上では、変性剤の量の増加は分散剤の効力の低下を生ずる。これらの変性剤は、好ましくは約０．０５重量％から約０．２重量％の量で使用される。

上記の変性剤の多くは、任意に、粉末石膏コーティングとして使用される。それらの場合、被覆された粉末石膏は、２つの機能、すなわちスラリーの早すぎる濃厚化の低下の機能、および変性剤のための伝達媒体をはたす。スラリーの水必要量は、２水和物充填剤の使用を可能にすること、および分散剤の効力を向上させる変性剤を伝達することにより減少する。得られるスラリーは水を非常に能率的に利用する。

分散剤の電荷密度は、また分散剤と相互作用する変性剤の能力に影響することが分かっている。同じ繰り返し単位を有する一群の分散剤を考えると、変性剤は、高い電荷密度を有する分散剤の効力を大きく増加させる。一般的な流れは、より高い電荷密度を有するより高い効力の上昇を得ることであるが、異なる繰り返し単位を有する分散剤の有効性を比べるとき、分散剤の有効性が、同じ電荷密度でかなり異なることに注意することは重要である。従って、電荷密度の調節は、その用途について特定の群の分散剤による低い流動性を克服できない。

ポリカルボキシレート分散剤と変性剤との反応が、異なる石膏媒体で使用されるとき、異なって反応することも注目されている。理論により束縛されることを望まないが、石膏に存在する不純物は、分散剤と変性剤との両者の効力を助けているものと考えられる。スタッコ中に存在する不純物のなかで、塩は地理的な地点により異なる。多くの塩は、硬化促進剤または硬化遅延剤であることが知られている。これらの同じ塩は、また達成できる流動性の程度に影響することにより、ポリカルボキシレート分散剤の効力を変化する。ＰＣＥ２１１−Ｔｙｐｅ分散剤を含むいくつかの好ましいポリカルボキシレートは、塩の少ないスタッコにより最も良く利用される。他の分散剤例えば２６４１−Ｔｙｐｅ分散剤は、塩の多いスタッコにより使用されるのに適している。

それらの性能を向上するために流動性増加分散剤および変性剤を使用すると、スラリーを流動化するのに使用される水の量は、これらの添加物なしにつくられたスラリーに比べて、減少できる。スタッコの源、焼成技術、分散剤の群、電荷密度および変性剤は、すべてともに働いて所定の流動性のスラリーを生成することを理解すべきである。実験室では、硫酸カルシウム半水和物を完全に水和するのに理論的に必要なそれに近く、またはそれに等しくまたはそれより低く水のレベルを減らすことができる。工業上の設備で使用されるとき、プロセスの検討は、この程度へ水を減少させることができない。

石膏ボードをつくるのに使用されるとき、多数の任意の添加物は、仕上げ物品の性質を改善するのに有用である。従来の量の添加物が一般に使用される。いくつかの添加物の量は、「Ｌｂ／ＭＳＦ」として報告され、それはボード１０００平方フィートあたりボンドの添加物を意味する。

分散物は、スラリーの流動性を改善し、スラリーをつくるのに使用される水の量を減らすのに使用される。任意の周知の分散剤が使用され、ポリカルボキシレート、スルホン化メラミンまたはナフタレンスルホネートを含む。ナフタレンスルホネートは、他の好ましい分散剤であり、そして約０−１８Ｌｂ／ＭＳＦ（７８．５ｇ／ｍ^２）、好ましくは約４−約１２Ｌｂ／ＭＳＦ（１７．５−５２．４ｇ／ｍ^２）の量で使用される。好ましいナフタレンスルホネート分散剤は、ＤＡＸＡＤ分散剤（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｍｉｄｌａｎｄ、ＭＩ）である。たとえ分散剤がコーティングで使用されても、スラリーの流動性をさらに改善するために追加の分散剤を有することは、有利である。

トリメタホスフェート化合物は、いくつかの態様で石膏スラリーへ添加されて、製品の強さを増大させ、硬化石膏のたるみ抵抗性を改善する。好ましくは、トリメタホスフェート化合物の濃度は、硫酸カルシウム材料の重量に基づいて約０．０７％から約２．０％である。トリメタホスフェート化合物を含む石膏組成物は、米国特許６３４２２８４および６６３２５５０に開示されており、両者は本明細書で参考として引用される。トリメタホスフェート塩の例は、トリメタホスフェートのナトリウム、カリウムまたはリチウムの塩、例えばＡｓｔａｒｉｓ、ＬＬＣ．Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯから入手できるものを含む。スラリーのｐＨを上げる石灰または他の変性剤とともにトリメタホスフェートを使用するとき、注意を払わねばならない。約９．５より高いｐＨでは、トリメタホスフェートは、生成物を強化する能力を失い、そしてスラリーは極めて遅延するようになる。

石膏スラリーがそれに用いられる特定の用途に典型的な他の添加物もスラリーへ添加される。硬化遅延剤（約２Ｌｂ／ＭＳＦ（９．８ｇ／ｍ^２）以内）または乾いた加速剤（約３５Ｌｂ／ＭＳＦ（１７０ｇ／ｍ^２）以内）を添加して水和反応が生ずる速度を変性する。「ＣＳＡ」は、５％の糖とともに砕かれた９５％の硫酸カルシウム２水和物からなる硬化促進剤であり、華氏２５０度（１２１℃）に加熱されて糖をカラメル化する。ＣＳＡは、ＵＳＧ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｓｏｕｔｈａｒｄ、ＯＫプラントから入手でき、そして米国特許３５７３９４７により製造され、それは本明細書に参考として引用される。硫酸カリウムは他の好ましい加速剤である。ＨＲＡは、１００ポンド（４．５ｋｇ）の硫酸カルシウム材料あたり約５−２５ポンド（２．２−１１．５ｋｇ）の糖の比で糖と新鮮に砕かれた硫酸カルシウム２水和物である。それは、米国特許２０７８１９９に詳細に記述され、それは本明細書で参考として引用される。これらの両者は好ましい促進剤である。

湿った石膏促進剤またはＷＧＡとして知られている他の促進剤も好ましい促進剤である。湿った石膏促進剤の使用および製法の記述は、米国特許６４０９８２５に開示されており、それは本明細書で参考として引用される。この促進剤は、有機ホスホン化合物、リン酸塩含有化合物またはこれらの混合物からなる群から選ばれる少なくとも１つの添加物を含む。この特定の促進剤は、かなり長い寿命を示し、そして長期間その有効性を維持して湿った石膏促進剤が貯蔵できそして使用前に長距離を輸送すらできる。湿った石膏促進剤は、ボード製品の１０００平方フィートあたり約５−約８０ポンド（２４．３−３９０ｇ／ｍ^２）に及ぶ量で使用される。

ウォールボードへの可能性のある他の添加物は、殺生物剤であり、かび類の成長を低下させる。ウォールボードへの使用目的および選択された殺生物剤に応じて、殺生物剤は、カバー、石膏芯またはその両者へ添加できる。殺生物剤の例は、硼酸、ピリチオン塩および銅塩を含む。殺生物剤は、カバーまたは石膏芯の何れかに添加される。使用されるとき、殺生物剤は、５００ｐｐｍより少ない量でカバーに使用される。ピリチオンは、いくつかの名前で知られており、２−メルカプトピリジン−Ｎ−オキシド、２−ピリジンチオール−１−オキシド（ＣＡＳ登録Ｎｏ．１１２１−３１−９）、１−ヒドロキシピリジン−２−チオンおよび１−ヒドロキシ−２（１Ｈ）−ピリジンチオン（ＣＡＳ登録Ｎｏ．１１２１−３０−８）を含む。ナトリウムピリチオン（ＣＡＳ登録Ｎｏ．３８１１−７３−２）として知られているナトリウム誘導体（Ｃ_５Ｈ_４ＮＯＳＮａ）は、特に有用なこの塩の１つの態様である。ピリチオン塩は、Ａｒｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ．Ｉｎｃ．Ｎｏｒｗａｌｋ、ＣＴから市販されており、例えばＮａｔｒｉｕｍ ＯＭＡＤＩＮＥまたはＺｉｎｃ ＯＭＡＤＩＮＥである。

さらに、石膏組成物は、任意に、澱粉例えば予めゼラチン化された澱粉または酸変性澱粉を含む。澱粉は、約３−約２０Ｌｂ／ＭＳＦ（１４．６−９７．６ｇ／ｍ^２）の量で使用されて紙の結合を増しそして製品を強化する。予めゼラチン化された澱粉は、硬化および乾燥石膏注型物の強さを増し、そして水分の増加した条件（例えば、水対焼成石膏の比の増加に関する）下の紙のはがれのリスクを最低にするかまたは避ける。当業者は、原料澱粉を予めゼラチン化する方法を理解しており、例えば少なくとも華氏約１８５度（８５℃）の温度で水中で原料澱粉を蒸煮する方法または他の方法がある。予めゼラチン化された澱粉の好適な例は、Ｌａｕｈｏｆｆ Ｇｒａｉｎ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＰＣＦ １０００澱粉、およびともにＡｒｃｈｅｒ Ｄａｎｉｅｌｓ Ｍｉｄｌａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｄｅｃａｔｕｒ、ＩＬから市販されているＡＭＥＲＩＫＯＲ ８１８およびＨＱＭ ＰＲＥＧＥＬ澱粉を含むが、これらに限定されない。もし含まれるならば、予めゼラチン化された澱粉は、使用される混合物へ添加されて、硬化石膏組成物を形成し、それは、硬化石膏組成物の約０．５−約１０重量％の量で存在する。澱粉例えばＵＳＧ９５（Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｃｈｉｃａｇｏ、ＩＬ）も任意に、芯の強さのために添加される。

他の周知の添加物が、必要に応じ添加されて製品の特定の性質を変性する。糖例えばデキストロースを用いてボードの末端における紙の結合を改善する。ワックスエマルションまたはシロキサンは、耐水性のために使用される。もし剛さが必要ならば、硼酸が通常添加される。防火性は、バーミキュライトの添加により改善できる。これらおよび他の周知の添加物は、本発明のスラリーおよびウォールボードの処方物に有用である。ガラス繊維は、任意に、１１Ｌｂ／ＭＳＦ（５４ｇ／ｍ^２）までの量でスラリーへ添加される。１５Ｌｂ／ＭＳＦ（７３．２ｇ／ｍ^２）までの紙繊維もスラリーへ添加できる。ワックスエマルションは、９０Ｌｂ／ＭＳＦ（０．４３９ｋｇ／ｍ^２）以内の量で石膏スラリーへ添加されて、仕上げ石膏ボードパネルの耐水性を改善する。

石膏ボードパネルは、表１の組成物を使用して製造された。テストサンプルでは、硫酸カルシウムの全量は、１６４０Ｌｂ／ＭＳＦ（８ｋｇ／ｍ^２）の硫酸カルシウム半水和物（スタッコ）および２５５Ｌｂ／ＭＳＦ（１．２４ｋｇ／ｍ^２）の硫酸カルシウム２水和物（粉末石膏）として添加された。

プラント試験では、スタッコはコンベヤーによりミキサーへ運ばれた。コンベヤーが動いたとき、粘土、ＭＣＭ、ＨＲＡおよび硬化遅延剤を含む乾いた成分を、表１の量でバッグダンプを用いてスタッコへ添加した。乾いた成分および計った水を高せん断ピンミキサーへ連続的に添加して石膏スラリーを形成した。計った水の量を変えて一定の生成物のスランプを維持した。

フォームおよび粉末石膏の混合物は、粉末石膏および石けんを計量した水へ加えそしてスタチックミキサーで混合することにより作られた。混合物はフォームリングを通って排出され、リングは、スラリーがリングを通るとき、フォーム状の混合物を加圧下石膏スラリー中へ送った。

発泡したスラリーは、柔らかい曲げられる可撓性の筒でボードラインへ移動し、それは紙外装シートの上に配置されそしてシートの幅まで広げられた。第２の紙外装シートをスラリーの頂部へかぶせ、連続する石膏ボードのサンドウィッチを形成した。サンドウィッチをスクリードバーの下を通して外装材を柔らかいスラリー中へ押しそして形成するボードを一定の厚さへならした。

表２は、コントロールサンプルおよびサンプルＥ（１０％の硫酸カルシウム半水和物が、ミキサー後に添加された硫酸カルシウム２水和物により置換された）のテストの結果を示す。釘抜きの結果は、ボードの強さにまったく低下がなく、強さがわずかに増加していることを示す。２つのボードは、ほとんど同じ収縮を有する。硬化時間およびナイフでの％硬化は、粉末石膏の添加がスラリーの硬化点を促進したことを示しているが、粉末石膏の添加の位置により、石膏は装置またはミキサー上に形成されなかった。

ウォールボード充填剤として粉末石膏を用いる方法の特定の態様が示されそして記述されたが、その広い局面でしかも請求の範囲に述べられた本発明から離れることなく、変化および改変がそれらの態様について行いうることは、当業者により理解されるものと思われる。

Claims (13)

1. 硫酸カルシウム半水和物、硬化遅延剤および水をミキサー中で組み合わせて石膏スラリーをつくり、
   硫酸カルシウム２水和物をミキサーの下流で石膏スラリーへ加える
   ことを特徴とする石膏スラリーを製造する方法。
2. 該組み合わせ工程が混合である請求項１の方法。
3. 該添加工程前に粉末石膏、水および発泡剤の第２のスラリーを作り、該添加工程が該粉末石膏、水および発泡剤からなるスラリーを添加することを含むことをさらに含む請求項１の方法。
4. 硫酸カルシウム２水和物の量を硫酸カルシウム材料の全量の約３％から約１％に計量することをさらに含む請求項１の方法。
5. 該組み合わせ工程が、変性剤を添加して該分散剤の性能を向上させることをさらに含む請求項１の方法。
6. 組み合わせ工程が、変性剤、流動性向上成分、トリメタホスフェート化合物、硬化促進剤および増粘剤からなる群の少なくとも１つをスラリーへ添加することをさらに含む請求項１の方法。
7. 石膏スラリー中へフォームを導入することをさらに含む請求項１の方法。
8. 硫酸カルシウム半水和物、硬化遅延剤および水をミキサー中で混合して石膏スラリーを形成し、
   硫酸カルシウム２水和物をミキサーの下流で石膏スラリーへ添加し、
   石膏スラリーからパネルを形成し、
   石膏スラリーを硬化する
   ことを特徴とするウォールボードパネルの製造方法。
9. 石膏スラリーを外装材料の上に付着させることをさらに含む請求項８の方法。
10. 該組み合わせ工程が、変性剤、流動性向上成分、トリメタホスフェート化合物、硬化促進剤および増粘剤をスラリーへ添加することをさらに含む請求項８の方法。
11. フォームを生じさせ、それを石膏スラリーへ添加することをさらに含む請求項８の方法。
12. フォームが硫酸カルシウム２水和物の添加前に加えられる請求項１１の方法。
13. 請求項８の方法により製造されたことを特徴とするウォールボードパネル。