JP2016539891A - 高い水対スタッコ比を使用して製造した石膏ウォールボード - Google Patents

Abstract

耐火性が増大した石膏ボードを製造するための石膏組成物、ボード、および方法を記載する。硬化石膏含有組成物は、特定の水対スタッコ比に基づいて、耐火性を有する石膏ボードを調製するために使用できる。【選択図】 図１

Description

関連出願の相互参照
本特許出願は、参照により組み込まれる、２０１３年１０月１５日に出願された米国特許仮出願第１４／０５４，６８９号の優先権を主張する。

石膏製品は、概ね、少なくとも水およびスタッコから形成されるスラリーを使用して製造できる。硫酸カルシウム半水和物（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）であるスタッコは、水と反応して、硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）である石膏を形成する。石膏ウォールボードは、芯材、表面板、および後板を含む複合板であり得る。石膏ウォールボードの密度は、所望の石膏芯材密度を得るために有効な量で水性泡をスタッコスラリーに添加することによって、減少させることができる。ウォールボードの体積は、石膏、石膏結晶の充填空隙（ｐａｃｋｉｎｇ ｖｏｉｄ）、水の蒸発によって残った空隙（すなわち水空隙）、および泡によって生じた空隙（すなわち泡空隙）で占められている。ボードは単位体積あたりに含まれる石膏が少ないほど、ウォールボードの耐火性を拡大するために利用可能な結晶水は少ない。石膏ウォールボードは通常、内壁および天井板の乾式壁構造で使用され、そして火炎および過大温度上昇の両方に耐えることができなければならない。結果として、石膏ウォールボードは、耐火性／難燃性（ｆｉｒｅ ｅｎｄｕｒａｎｃｅ／ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を最大にする仕様を用いて製造される。

石膏ウォールボードの耐火性／難燃性は、ボードが標準的火災試験に耐え得る期間によって測定される。ウォールボードの難燃性は、ウォールボードが温度の上昇、火炎貫通（ｆｌａｍｅ ｐａｓｓａｇｅ）、および構造崩壊を回避する能力にしたがって分類される。建設会社、居住者、および規制主体をはじめとする様々な関係者に一般的な基準に基づいて耐火性を評価させるために、燃焼試験アセンブリをいくつかの標準配置に分類する。ある一般的なアセンブリは、Ｕ３０５、Ｕ４１９、およびＵ４２３と称する試験を有する試験実施および認定機関であるＵｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．（ＵＬ（登録商標））によって規定された試験デザインを含む。

標準的火災試験は、通例、ＡＳＴＭ Ｅ１１９の要件に従って実施される。そのような試験では、難燃性分類は、壁アセンブリが過度の温度上昇、または火炎貫通、または構造崩壊を示す時間に基づいて定めることができる。試験の不合格は、非暴露面上の複数の熱電対によって測定した平均温度が周囲温度を２５０°Ｆ以上うわまわって上昇する場合、またはいずれか個々の熱電対が周囲温度を３２５°Ｆ以上うわまわって上昇する場合に起こる。系の耐火性の期間は、系で使用する石膏ボードだけでなく、壁アセンブリの厚さ、スタッドの種類および間隔、ボードのサイズ、絶縁種類などをはじめとする多くの他の因子に依存する。

既存の技術はウォールボードの耐火性および難燃性の拡張において有用であるが、さらなる改善が常に望ましい。

１つの態様において、本発明は、２枚のカバーシート間に配置された硬化石膏組成物であって、少なくともスタッコと水とを含むスラリーから形成された硬化石膏のインターロッキングマトリックスを含む硬化石膏組成物を含む耐火性石膏ボードを提供する。スラリーは約０．７〜約２．０の水対スタッコ比を有する。耐火性石膏ボードは約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約４０ｌｂ／ｆｔ^３の密度を有し、そして約 インチの厚さである場合、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９（例えば、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９、方法Ｂ）に従って測定して少なくとも約７０ｌｂの力の釘引抜耐性（ｎａｉｌ ｐｕｌｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）および約５２分を上回る耐火性指数（ＦＥＩ）を有する。

別の態様において、本発明は、２枚のカバーシート間に配置された硬化石膏組成物であって、少なくともスタッコと水とを含むスラリーから形成された硬化石膏のインターロッキングマトリックスを含み、約１．２〜約２．０の水対スタッコ比を有する硬化石膏組成物を含む耐火性石膏ボードを提供する。耐火性石膏ボードは約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約４０ｌｂ／ｆｔ^３の密度と、約 インチの厚さである場合、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９（例えば、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９、方法Ｂ）にしたがって測定して少なくとも約７０ｌｂの釘引抜耐性と、約５４分を上回る耐火性指数（ＦＥＩ）とを有する。

さらに別の態様において、本発明は、少なくともスタッコと水とを含むスラリーを形成することを含む、耐火性石膏ボードを作製する方法を提供する。スラリーは約０．７〜約２．０の水対スタッコ比を有する。石膏スタッコスラリーをシート上に堆積させて、ボードプレフォームを作製する。スラリーが切断するのに充分に硬化した後にボードプレフォームを所定の寸法に切断する。ボードを乾燥する。耐火性石膏ボードは、約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約４０ｌｂ／ｆｔ^３の密度、および約 インチの厚さである場合に、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９（例えば、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９、方法Ｂ）にしたがって測定して少なくとも約７０ｌｂの力の釘引抜耐性、および約５２分を上回る耐火性指数（ＦＥＩ）を有する。

本発明のこれらや他の利点、ならびにさらなる発明の特徴は、以下の説明から明らかになるであろう。

図１は、本発明の実施形態の低密度石膏ボードの横断面を示す図である。 図２は、本発明の実施形態のウォールボードサンプルの耐火性指数（ＦＥＩ）を測定するために使用する小規模試験器具の構造を表す図である。 図３は、図２中に示す本発明の実施形態の小規模の火災試験中で使用する炉の時間（Ｘ軸）に対する温度プロフィール（Ｙ軸）を表す線グラフである。 図４は、Ｕ４１９試験の耐火性（Ｙ軸）と本発明の実施形態にしたがった図２の小規模試験の耐火性（Ｘ軸）との間の相関関係を示す線グラフである。 図５は、本発明の実施形態にしたがった小規模火災試験中の実施例１のウォールボードについての時間（Ｘ軸）に対する非暴露面温度（Ｙ軸）を表す線グラフである。 図６は、本発明の実施形態にしたがった小規模火災試験中の実施例２のウォールボードの時間（Ｘ軸）に対する非暴露面温度（Ｙ軸）を表す線グラフである。 図７は、本発明の実施形態にしたがった小規模火災試験中の実施例３のウォールボードの時間（Ｘ軸）に対する非暴露面温度（Ｙ軸）を表す線グラフである。

本発明の実施形態は、少なくとも一つには、より多数の水空隙および減少した数の泡空隙を含むウォールボードが、より高い耐火性を有するという予想外の発見を前提とする。石膏マトリックス中にある空隙のサイズはウォールボードの耐火性に対して重大な影響を及ぼすということが見出された。特に、微視的な均一に分散された水空隙は、概して大きな相互接続した泡空隙よりも好ましいことが判明した。含まれる水空隙数が増加したボードを調製するために、水対スタッコ比を増加させることができる。概して、石膏ウォールボードは、約０．７〜約２．０の水対スタッコ比を有するスラリーから形成される硬化石膏のインターロッキングマトリックスを含む芯材を含む。

概して、石膏ウォールボードが熱応力下にある場合、熱エネルギーは、最初は硫酸カルシウムに結合した水分子の蒸発に向けられる。この２分子の水が石膏を熱に対して高度に耐性にする。２１５°Ｆに達したら、水分子は除去され、硫酸カルシウム１／２水和物（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）の形成に至る。温度が２５０°Ｆに達すると、残りの水は、石膏が硫酸カルシウム無水石膏に変わる際に失われる。両反応は吸熱性であり、石膏は、「か焼」されて二水和物から無水石膏になる際に熱を吸収することを意味する。

ウォールボード試験アセンブリにおいて、熱は炉から暴露ボード表面へ伝わる。暴露ウォールボード表面温度が上昇するにつれ、ボード全体にわたる温度勾配も増加する。熱伝達は継続するので、非暴露ウォールボード表面温度はウォールボード中の結晶水が除去されるにつれて上昇する。

石膏物品の耐火性は、物品中に含まれる石膏の量と直接関連すると考えられる。石膏の量が減少するにつれて、蒸発する結晶水が少ないので石膏物品の耐火性は減少すると考えられる。以前の耐火性への取り組みは、より肉厚および／または高密度の石膏芯材（すなわち、より多くの石膏類縁体を含む芯材）の形成に集中していた。石膏が増加するにつれて、芯材中に含まれる化学的に結合した水の量が増大し、この水は、ヒートシンクとしての役割を果たすことができ、収縮を減少させることができ、そして構造的安定性および強度を増加させることができる。

ウォールボード産業での最近の傾向は軽量低密度ウォールボードを開発することである。軽い基本重量は、スタッコスラリーをウォールボードの目標とする基本重量に基づいて所定量の泡と混合することによって達成できる。ボードは単位体積あたりで含む石膏が少ないほど、ウォールボードの耐火性のために利用可能な結晶水が少なくなる。加えて、火炎にさらされている間、収縮率（％）は、ボード密度が減少するにつれて増加する可能性がある。両因子のために、燃焼試験に合格するのはますます困難になる。多くの場合、高熱膨張添加剤を配合物に添加して耐火性を改善する。しかしながら、軽量ウォールボード中の大量の高熱膨張性粒子の膨張は、剥離や崩壊に至る可能性がある。

石膏ウォールボードは、（ａ）石膏結晶の充填、（ｂ）水の蒸発、および（ｃ）任意の泡添加剤の存在に由来する空隙を含み得る。一定の密度のボードを作製するために、泡空隙が増加するにつれて、水対スタッコ比を下方調整することによって水空隙の量を減少させることができ、水空隙が増加するにつれて、添加する泡を減らすことによって泡空隙を減少させることができる（図１を参照）。理論によって拘束されることを望むものではないが、火炎にさらされた場合、ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏからの水蒸気は大気中に放出される前にボードを通過しなければならない。泡空隙は、比較的大きい可能性があり、燃焼中に水蒸気を石膏芯材から迅速に放出させることができる。水空隙は微小であるので、蒸気は泡空隙を通過する場合よりも高い流れ抵抗に打ち勝たなければならない。結果として、水蒸気がボードを通過するのにより長い時間がかかり、したがって、ウォールボードの耐火性が増加する。このように、例えばより高い水対スタッコ比で作製された、水蒸発空隙数が増加したウォールボードは、より高い耐火性を有し得る。しかしながら、水対スタッコ比が高すぎる（そして泡量が少なすぎる）場合、蒸気圧が増大して、ウォールボードの崩壊に至る可能性がある。有効な耐火性を得るために、最適の水対スタッコ比および泡含有量で石膏ウォールボードを調製できる。最適の耐火性および軽量特性を有するウォールボードを作製するために、含水量と耐火特性との間のバランスを達成することができる。

当業者には理解され、認識されるように、水対スタッコ比は石膏ボード製造において重要なパラメータである。水対スタッコ比は、スタッコの量あたりの水の量を表す。製造業者らは、通常は、最終乾燥ステップ中の加熱過程で過剰の水を除去するために使用する燃料のコストが高いために、スタッコスラリー中の水の量を制限する。高い水対スタッコ比はまたスラリー流動性の増加に至り、このためにスタッコ石膏スラリーの取扱がより困難なものとなる可能性がある。高い水対スタッコ比を有するスラリーとは異なり、低い含水量を有するスラリーは、利用可能な核形成部位が混合物のより小さな体積に集中しているので、硬化中の石膏結晶成長速度が増加している。この予想される展開で、結晶成長はさらに速く、石膏結晶のインターロッキングの程度はさらに高い。この現象のために、水対スタッコ比が低いスラリーほど高強度の石膏製品を産出すると考えられる。

意外にも、石膏ボードは、添加剤の非存在下でさえも、石膏の少ないボードよりも高い耐火性を有し得ることが判明した。特に、より高い水対スタッコ比を有する芯材を含むより軽量のボードは、石膏含有量が多いボードよりも高い耐火性を有し得る（例えば、表１、サンプル１および２を参照）。約０．７〜約２．０の水対スタッコ比を含むスラリーから調製されたウォールボードは高い耐火性を有することが見いだされた。水対スタッコ比を、乾燥焼石膏の重量と比較して水の重量に基づいて算出する。本発明のウォールボードは、約０．７よりも低い水対スタッコ比で調製された、匹敵するかまたは等しいボード密度および厚さを有するボードよりも高い耐火性を有し得る。いくつかの実施形態において、水対スタッコ比は約０．９〜約１．４である。耐火性指数値は１．４の水対スタッコ比以降は安定することが見いだされた。水対スタッコ比を１．２および１．４から増加させると、耐火性指数の２．７分の増加に至り、一方、水対スタッコ比を１．４から１．６まで増加させると、０．８分の増加に至る。したがって、好ましい水対スタッコ比は約１．４より低く、水対スタッコ比が約１．２〜約１．４である場合に最高の費用便益が得られる。

本発明の実施形態において、水対スタッコ比は、例えば下記表１Ａおよび１Ｂで記載したとおりであり得る。表中、「Ｘ」は、「約［最上列中の対応する値］から約［最左の対応する値］まで」の範囲を表す。表示された値は水対スタッコ比を表す。表示を容易にするために、各値は「約」その値を表すと理解される。例えば、表１Ａ中の最初の「Ｘ」は「約０．７〜約０．８」の範囲である。表の範囲は開始点から終点の間であり、開始点と終点を含む。

上述のように、水対スタッコ比の増加は、スタッコスラリーの流動性の増加に至る。流動性を有するスラリーを作製するために必要な水が少なくなるように、水と硫酸カルシウム半水和物との混合物の流動化を助けるために、当該技術分野では分散剤が概して用いられる。さらに、分散剤をスラリーに添加して、乾燥ステップの間に除去しなければならない水の量を減少させることによって製造コストを減らす。

理論によって拘束されることを望むものではないが、高い水対スタッコ比を有するスラリーは充分な流動性を有し得るので、いくつかの実施形態は分散剤を必要としない可能性がある。他の実施形態において、充分な流動性を付与するためにスラリーに添加する分散剤の量を減少させることができる。スタッコスラリーは、概して分散剤をスタッコの重量基準で約０．４重量％未満の量で含む。スタッコスラリーに添加する分散剤の量は、スタッコの重量基準で約０．１重量％未満の量であり得る。本発明の実施形態において、分散剤の重量基準の量は、スタッコの重量基準で、例えば表１Ｃに記載するとおりであり得る。表中、「Ｘ」は、「約［最上列の対応する値］から約［最左行の対応する値］まで」の範囲を表す。表示した値は、分散剤の量を表す（表１Ｃ）。表示を簡単にするために、各値は「約」その値を表すと理解される。例えば、表１Ｃ中の最初の「Ｘ」は「約０％〜約０．０５％」の範囲内である。表の範囲は開始点から終点の間であり、開始点と終点を含む。

いくつかの実施形態において、そのような分散剤は、ナフタレンスルホネート、例えばポリナフタレンスルホン酸およびその塩（ポリナフタレンスルホネート）および、ナフタレンスルホン酸とホルムアルデヒドとの縮合生成物である誘導体を含み得る。そのようなポリナフタレンスルホネートとしては、ナフタレンスルホン酸ナトリウムおよびカルシウムが挙げられる。ナフタレンスルホネートの平均分子量は約３，０００〜２７，０００の範囲であり得るが、分子量は約８，０００〜１０，０００であり得る。所定の固形分（％）の水溶液で、より高い分子量の分散剤はより高い粘度を有し、低分子量分散剤よりも配合物中でより高い水の需要を生み出す。

ナフタレンスルホネートとしては、オハイオ州クリーブランドのＧＥＯ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手可能なＤＩＬＯＦＬＯ；マサチューセッツ州レキシントンのＨａｍｐｓｈｉｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ．から入手可能なＤＡＸＡＤ；およびインディアナ州ラファイエットのＧＥＯ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手可能なＬＯＭＡＲ Ｄが挙げられる。ナフタレンスルホネートは、例えば約３５％〜約５５重量％の固形分範囲内の水溶液として使用できる。例えば、約４０％〜約４５重量％の固形分範囲内の水溶液の形態のナフタレンスルホネート。ナフタレンスルホネートは、例えばＬＯＭＡＲ Ｄなどの乾燥固体または粉末形態で使用できる。

他の実施形態において、当業者に石膏スラリーにおける流動性の改善に有用であると知られている分散剤、例えばポリカルボキシレート分散剤を使用することができる。多くのポリカルボキシレート分散剤、特にポリカルボン酸エーテルは公知の種類の分散剤である。分散剤の１種は２つの繰り返し単位を含み、分散剤に関して参照により本明細書中に組み込まれる米国特許第７，７６７，０１９号でさらに記載されている。これらの分散剤の例は、ＢＡＳＦ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ， ＧｍｂＨ（独国トロストベルク）の製品であり、ＢＡＳＦ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ， Ｉｎｃ．（ジョージア州ケネソー）（以下、「ＢＡＳＦ」）により供給され、本明細書中で以下、「ＰＣＥ２１１タイプの分散剤」と呼ぶ。ＰＣＥ２１１タイプの分散剤の特定の分散剤は、ＰＣＥ２１１（以下、「２１１」）と称する。このシリーズの他のポリマーには、ＰＣＥ１１１が含まれる。ＰＣＥ２１１タイプの分散剤は、分散剤に関して参照により本明細書中に組み込まれる、米国公開第２００７／０２５５０３２Ａ１号でさらに詳細に記載されている。そのようなＰＣＥ２１１タイプの分散剤の１種の分子量は約２０，０００〜約６０，０００ダルトンであり得る。低分子量分散剤は、６０，０００ダルトンを上回る分子量を有する分散剤よりも硬化時間の遅延を起こしにくいことが見出された。概して、側鎖の長さが長いほど、全体的な分子量が増加し、より良好な非必須性を提供する。しかしながら、石膏での試験は、分散剤の有効性が５０，０００ダルトンを上回る分子量で低下する可能性があることを示す。

別の種類のポリカルボキシレート化合物としては、分散剤に関して参照により本明細書中に組み込まれる米国特許第６，７７７，５１７号で開示され、以下、「２６４１タイプの分散剤」と呼ぶものが挙げられる。ＰＣＥ２１１タイプおよび２６４１タイプの分散剤の例はＢＡＳＦによって製造される。好ましい２６４１タイプの分散剤はＢＡＳＦによりＭＥＬＦＬＵＸ ２６４１Ｆ、ＭＥＬＦＬＵＸ ２６５１ＦおよびＭＥＬＦＬＵＸ ２５００Ｌ分散剤として販売されている。

さらに別の分散剤群は、ＢＡＳＦによって販売され、「１６４１タイプの分散剤」と呼ばれる。１６４１タイプの分散剤は、分散剤に関して参照することにより本明細書中に組み込まれる米国特許第５，７９８，４２５号でさらに詳細に記載されている。そのような１６４１タイプの分散剤の１つは、ＭＥＬＦＬＵＸ １６４１Ｆ分散剤としてＢＡＳＦにより市販されている。他の分散剤としては、他のポリカルボキシレートエーテル、例えばサウスカロライナ州チェスターのＣｏａｔｅｘ， Ｉｎｃ．から入手可能なＣＯＡＴＥＸ Ｅｔｈａｃｒｙｌ Ｍ、およびリグノスルホネート、すなわちスルホン化リグニンが挙げられる。リグノスルホネートは、亜硫酸塩パルプ化を使用する木材パルプ製造から生じる副生成物である水溶性アニオン性高分子電解質ポリマーである。本発明の原理を実施するのに有用なリグニンの一例は、コネチカット州グリニッジのＲｅｅｄ Ｌｉｇｎｉｎ Ｉｎｃ．から入手可能なＭａｒａｓｐｅｒｓｅ Ｃ−２１である。

他の実施形態において、組成物、ウォールボード、または方法は、分散剤を「実質的に含まない」可能性があり、これは、組成物、ウォールボード、または方法が、（ｉ）スタッコの重量基準で０重量％のそのような分散剤を含む、すなわちそのような分散剤を含まないか、または（ｉｉ）無効もしくは（ｉｉｉ）微量の分散剤のいずれかを含むことを意味する。無効な量の一例は、当業者には理解されるように、分散剤を用いる意図した目的を達成するための閾値量より少ない量である。微量は、当業者には理解されるように、スタッコの重量基準で、例えば約２重量％未満、約１重量％未満、約０．５重量％未満、約０．２重量％未満、約０．１重量％未満、または約０．０１重量％未満などの約５重量％未満であり得る。しかしながら、別の実施形態で望ましい場合、そのような成分を組成物、ウォールボード、または方法に含めることができる。

デンプンを石膏組成物に添加してボード強度および紙の芯材に対する接着力を改善することができる。理論によって拘束されることを望むものではないが、ゼラチン化デンプンをスタッコスラリーに添加してスラリーの流動性を低下させることができる。本発明のデンプンをスタッコ組成物への添加前にゼラチン化（すなわち、アルファ化）することができる。いくつかの実施形態において、ゼラチン化デンプンは、スラリーに添加すると部分的にゼラチン化し、残りのゼラチン化は（例えば、窯中での）乾燥ステップで起こる。

スタッコスラリーはゼラチン化デンプンをどのような量でも含み得る。いくつかの実施形態において、デンプンの量はスタッコの重量基準で約１重量％より多い。本発明の実施形態において、ゼラチン化デンプンの重量基準の量はスタッコの重量基準で、例えば表１Ｄ中に記載するとおりであり得る。表中、「Ｘ」は、「約［最上列の対応する値］から約［最左行の対応する値］まで」の範囲を表す。表示した値はゼラチン化デンプンの量を表す（表１Ｄ）。表示を簡単にするために、各値は「約」その値を表すと理解される。例えば、表１Ｄ中の最初の「Ｘ」は「約１％〜約１．５％」の範囲である。表の範囲は開始点から終点の間であり、開始点と終点を含む。

当業者は、例えば、生デンプンを少なくとも約１８５°Ｆ（８５℃）の温度の水中で調理するか、または他の方法などで生デンプンをアルファ化する方法を理解している。アルファ化デンプンの好適な例としては、限定されるものではないが、Ｂｕｎｇｅ Ｍｉｌｌｉｎｇ Ｉｎｃ．から市販されているＰＣＦ １０００デンプン、ならびにどちらもＡｒｃｈｅｒ Ｄａｎｉｅｌｓ Ｍｉｄｌａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＡＭＥＲＩＫＯＲ ８１８およびＨＱＭ ＰＲＥＧＥＬデンプンが挙げられる。加えて、芯材は、「中程度の」粘度を有する（すなわち、約２０センチポアズ〜約７００センチポアズの粘度を有する）ことを特徴とするアルファ化デンプンを場合によって含み得る。

増粘剤は、いくつかの実施形態では、製造ラインでボードを製造するために適切なレオロジーを獲得するために使用できる。スタッコスラリーの流動性を充分に低下させるために必要ないかなる増粘剤もスラリーに添加できる。例えば、シリカ・ヒューム、ポルトランドセメント、フライアッシュ、クレー、セルロース繊維、およびそれらの混合物を石膏組成物に添加できる。これは、２００ｆｔ／分を上回るライン速度でライン上のスラリーを増粘するためにも最も有利である。ポリアクリルアミドなどの高分子ポリマーを石膏スラリーに添加してスラリーの流動性を低下させることもできる。いくつかの実施形態において、増粘剤または増粘剤の混合物をスラリーに対してスタッコの重量基準で約１０重量％未満の量で添加してもよい。

いくつかの実施形態において、高膨張性粒子を芯材に添加することができる。例えば、非膨張バーミキュライトをスラリーに添加して耐火性をさらに改善することができる。水対スタッコ比が増大したスタッコスラリーから製造された石膏芯材は、さらに大量のバーミキュライトの量と低い水対スタッコ比を含むスラリーで製造した芯材と比較して、より少ない量のバーミキュライトで耐火性を増大させることができる。

いくつかの実施形態において、スタッコスラリーは約５重量％未満のバーミキュライトを含む。「グレード５」の非膨張バーミキュライトと称するものなどの比較的低膨張性のバーミキュライト（典型的な粒子サイズは約０．０１５７インチ（０．４０ｍｍ）未満）、またはグレード５バーミキュライト（米国グレーディングシステム）と比べて高い体積膨張率を有するバーミキュライトの形態の高膨張性微粒子、および他の低膨張性バーミキュライトを用いてもよい。他の実施形態において、異なるグレーディングシステムで分類される高膨張性バーミキュライトを使用できる。そのような高膨張性バーミキュライトは、本明細書中で検討するものに典型的な、実質的に類似した膨張性および／または耐熱特性を有していなければならない。例えば、いくつかの実施形態において、欧州、南米、または南アフリカグレード０（ミクロン）またはグレード１（超微細）と分類されるバーミキュライトを使用できる。

いくつかの実施形態において、使用する高膨張性バーミキュライトは、様々な供給源から市販されている商業的な米国グレード４バーミキュライトを含み得る。商業的製造業者らは、例えばモース硬度、全水分、自由水分、嵩密度、特定比率（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｒａｔｉｏ）、アスペクト比、カチオン交換容量、溶解度、ｐＨ（蒸留水中）、膨張比、膨張温度、および融点などの高膨張性バーミキュライトの物理的特性の明細を提供できる。異なる高膨張性バーミキュライト源を用いる異なる実施形態において、これらの物理的特性は変化すると考えられる。

いくつかの実施形態では、高膨張性バーミキュライト粒子は概して石膏パネルの芯材部分全体にわたって分布している。他の実施形態において、高膨張性バーミキュライト粒子は概して石膏パネルの芯材部分全体にわたって均一に分布している。高膨張性バーミキュライトは概して芯材の密度が低下した部分全体にわたってランダムに分布している。いくつかの実施形態において、パネル面に隣接する密度が増加した石膏層またはパネル端部に沿って密度がより高い芯材の部分などの、ボードのより高密度部分で異なるバーミキュライト分布を有することが望ましい可能性がある。他の実施形態において、高膨張性バーミキュライトは、パネルの硬化端部および面などのパネルのより高密度の部分から実質的に除外される可能性がある。パネルのより高密度部分におけるバーミキュライト粒子含有量および分布のそのようなばらつきは、パネルのそれらの部分で使用するために、パネルの密度が低下した芯材部分のためにスラリーに他の適切な手段によってバーミキュライトを導入することによるか、エッジミキサーを使用することによるか、または当業者に公知の他の手段によって、芯材スラリーミキサーから芯材スラリーを注いだ結果であり得る。

他の実施形態において、組成物、ウォールボード、または方法は、バーミキュライトなどの高膨張性材料を「実質的に含まない」可能性があり、このことは、その組成物、ウォールボード、または方法が（ｉ）スタッコの重量基準で０重量％のバーミキュライトなどのそのような高膨張性材料を含む、すなわちそのような高膨張性材料を含まないか、あるいは（ｉｉ）無効または（ｉｉｉ）微量のバーミキュライトなどの高膨張性材料を含むことを意味する。無効量の一例は、当業者には理解されるように、バーミキュライトなどの高膨張性材料の使用の意図した目的を達成するための閾値量未満の量である。量は、当業者には理解されるように、スタッコの重量基準で、例えば、約２重量％未満、約１重量％未満、約０．５重量％未満、約０．２重量％未満、約０．１重量％未満、または約０．０１重量％未満などの約５重量％未満であり得る。しかしながら、別の実施形態で望ましいならば、そのような成分を組成物、ウォールボード、または方法に含めることができる。

本発明は、様々な硬化石膏を含む製品を調製するために当該技術分野で用いられるものに類似した組成物および方法を用いて実施できる。芯材において、結晶性マトリックスを形成するために使用するスタッコ（または焼石膏）成分は、典型的には天然もしくは合成源の、ベータ硫酸カルシウム半水和物、水溶性硫酸カルシウム無水石膏、アルファ硫酸カルシウム半水和物、またはこれらの一部もしくは全部の混合物を含むか、またはそれらから本質的になるか、またはそれらからなる。いくつかの実施形態において、スタッコは、石膏源と関係するか、またはか焼、加工および／もしくは配送中に添加される、少量のクレーまたは他の成分などの非石膏ミネラルを含んでもよい。

石膏芯材は、本発明の実施において所望の特性を賦与するため、および製造を促進するために慣習的な量で、例えば好適な水性泡、凝結促進剤、凝結遅延剤、再か焼（ｒｅｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）阻害剤、バインダー、接着剤、レベリング剤または非レベリング剤、殺菌剤、殺真菌剤、ｐＨ調節剤、着色剤、強化剤、難燃剤、撥水剤、フィラー、寸法強化剤（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｒ）、およびそれらの混合物などの通常の添加剤を含んでもよい。加えて、石膏芯材は、ホスホン酸および／またはホスホネート化合物、リン酸および／またはホスフェート化合物、カルボン酸および／またはカルボキシレート化合物、ホウ酸および／またはボレート化合物、ならびにそれらの混合物などの添加剤を含み得る。

促進剤は、促進剤に関して参照することによって本明細書中に組み込まれる、米国特許第６，４０９，８２５号で記載されているように、本発明の石膏含有組成物で使用できる。１つの望ましい耐熱性促進剤（ＨＲＡ）は粉末石膏（硫酸カルシウム二水和物）の乾式研削から製造できる。糖、デキストロース、ホウ酸、およびデンプンなどの少量の添加剤（通常は約５重量％）を添加して、このＨＲＡを製造できる。糖、すなわちデキストロースが現在好ましい。別の有用な促進剤は、促進剤に関して参照することによって本明細書中に組み込まれる米国特許第３，５７３，９４７号で記載されるような「気候安定化（ｃｌｉｍａｔｅ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ）促進剤」または「気候安定性（ｃｌｉｍａｔｅ ｓｔａｂｌｅ）促進剤」（ＣＳＡ）である。

いくつかの実施形態において、芯材を製造するために使用する石膏スラリーにトリメタホスフェート化合物を添加して、ボードの強度を増強し、そして石膏製品の永久歪みを軽減する。トリメタホスフェート化合物を含む石膏組成物は、トリメタホスフェート化合物に関して参照することによって本明細書中に組み込まれる米国特許第６，３４２，２８４号で開示されている。典型的なトリメタホスフェート塩としては、トリメタリン酸のナトリウム、カリウムまたはリチウム塩、例えばミズーリ州セントルイスのＡｓｔａｒｉｓ， ＬＬＣ．から入手可能なものが挙げられる。

本発明の実施形態において、発泡剤を用いて硬化石膏製品中に空隙、例えば小さな空気細孔を生じさせることができる。泡を泡ポンプによってスタッコ石膏スラリー中に導入してもよい。別法として、液体せっけんをスタッコ石膏スラリーに直接添加してもよい。多くのそのような発泡剤は周知であり、例えばペンシルベニア州アンブラーのＧＥＯ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから商業的に容易に入手可能である。有用な発泡剤のさらなる記載については、例えば、発泡剤に関して参照することにより本明細書中に組み込まれる、米国特許第４，６７６，８３５号、同第５，１５８，６１２号、同第５，２４０，６３９号、および同第５，６４３，５１０号を参照。

多くの場合、その強度の維持を助けるために、石膏製品中に空気細孔を形成することが好ましい。これは、焼石膏スラリーと接触した場合に比較的不安定である泡を発生させる発泡剤を用いることによって達成できる。好ましくは、これは、多量の、比較的不安定な泡を発生させることが知られている発泡剤と、少量の、比較的安定な泡を発生させることが知られている発泡剤とをブレンドすることによって達成される。

そのような発泡剤混合物を「オフライン」で、すなわち発泡した石膏製品の調製過程とは別に、予備ブレンドすることができる。しかしながら、過程の完全な「オンライン」部分として、同時かつ連続的にそのような発泡剤をブレンドすることが好ましい。これは、例えば、異なる発泡剤の独立した流れをポンプで供給し、そして水性泡の流れを発生させるために用いる泡発生器で、または泡発生器の直前で流れを一つにまとめ、これを次いで焼石膏スラリーに挿入し、混合することによって達成できる。このようにブレンドすることによって、ブレンド中の発泡剤の比率を（例えば、独立した流れの一方または両方の流速を変更することによって）簡単かつ効率よく調節して、発泡した硬化石膏製品における所望の空隙特性を達成できる。そのような調節は、そのような調節が必要かどうかを判定する最終製品の検査に反応して行う。そのような「オンライン」ブレンドおよび調節のさらなる説明は、発泡剤に関して参照することによって本明細書中に組み込まれる、米国特許第５，６４３，５１０号、および米国特許第５，６８３，６３５号で見いだすことができる。

不安定な泡を発生させるために有用な発泡剤の一種の一例は、式
ＲＯＳＯ_３ Ｍ （Ｑ）
（式中、Ｒは２〜２０個の炭素原子を含むアルキル基であり、Ｍはカチオンである）を有する。好ましくは、Ｒは、８〜１２個の炭素原子を含むアルキル基である。

安定な泡を発生させるために有用な発泡剤の一種の一例は、式
ＣＨ_３（ＣＨ_２）_ｘＣＨ_２（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｙＯＳＯ_３ Ｍ （Ｊ）
（式中、Ｘは２〜２０の数であり、Ｙは０〜１０の数であり、発泡剤の少なくとも５０重量パーセントで０より大きく、そしてＭはカチオンである）を有する。

本発明のいくつかの好ましい実施形態において、前記式（Ｑ）および（Ｊ）を有する発泡剤は、式（Ｑ）の発泡剤および式（Ｊ）の発泡剤（式中、Ｙは０である）の一部が一緒になって、結果としての発泡剤ブレンドの８６〜９９重量パーセントを構成するようにブレンドする。

本発明のいくつかの好ましい実施形態において、水性泡は、式
ＣＨ_３（ＣＨ_２）_ｘＣＨ_２（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｙＯＳＯ_３ Ｍ （Ｚ）
（式中、Ｘは２〜２０の数であり、Ｙは０〜１０の数であり、発泡剤の少なくとも５０重量パーセントで０であり、そしてＭはカチオンである）を有する、あらかじめブレンドした発泡剤から発生した。好ましくは、Ｙは式（Ｚ）の発泡剤の８６〜９９重量パーセントで０である。

芯材密度およびパネル重量が減少させる量で泡を芯材スラリーに導入できる。芯材スラリー中に適切な量、配合、および過程で泡を導入することによって、最終乾燥パネルの芯材内で、空気細孔の所望のネットワークおよび分布、ならびに空気細孔間の壁を生じることができる。いくつかの実施形態において、泡組成物および泡導入システムによって提供される空気細孔サイズ、分布および／または空気細孔間の壁厚は、以下で検討するもの、ならびにパネルに相当する密度、強度および関連する特性を提供するものと一致する。この空気細孔構造によって、なかでも芯材圧縮強度、およびパネル剛性、曲げ強度、釘引抜耐性などのパネル強度特性を実質的に維持（またはある場合では改善）しつつ、石膏および他の芯材構成要素ならびに芯材密度および重量の低減が可能になる。

いくつかのそのような実施形態において、空気細孔の平均等価球直径は少なくとも約７５μｍであり得、他の実施形態では少なくとも約１００μｍであり得る。他の実施形態において、空気細孔の平均等価球直径は約７５μｍ〜約４００μｍであり得る。さらに他の実施形態において、空気細孔の平均等価球直径は約１００μｍ〜約３５０μｍであり得、標準偏差約１００〜約２２５である。他の実施形態において、空気細孔の平均等価球直径は約１２５μｍ〜約３２５μｍであり得、標準偏差は約１００〜約２００である。

いくつかの実施形態において、空気細孔の約１５％〜約７０％は約１５０μｍ以下の等価球直径を有する。他の実施形態において、空気細孔の約４５％〜約９５％は約３００μｍ以下の等価球直径を有し、空気細孔の約５％〜約５５％は約３００μｍ以上の等価球直径を有する。他の実施形態において、空気細孔の約４５％〜約９５％は約３００μｍ以下の等価球直径を有し、空気細孔の約５％〜約５５％は約３００μｍ〜約６００μｍの等価球直径を有する。本明細書中の平均空気細孔サイズの考察において、約５μｍ以下の石膏芯材中の空隙は、空気細孔の数または平均空気細孔サイズを算出する際に考慮しない。

それらや他の実施形態において、そのような実施形態における空隙間の壁の厚さ、分布および配置は、単独ならびに／または所望の空気細孔サイズ分布および配置と組み合わせて、パネル強度特性を実質的に維持（または場合によっては改善）しつつ、パネル芯材密度および重量の減少も可能にする。あるそのような実施形態において、空気細孔を隔てる壁の平均厚さは少なくとも約２５μｍであり得る。いくつかの実施形態において、石膏芯材内の空気細孔を規定し、隔てる壁は、約２５μｍ〜約２００μｍ、他の実施形態では約２５μｍ〜約μｍ、さらに他の実施形態では約２５μｍ〜約５０μｍの平均厚さを有し得る。さらに他の実施形態では、石膏芯材内の空気細孔を規定し、隔てる壁は、標準偏差約５〜約４０で約２５μｍ〜約７５μｍの平均厚さを有し得る。さらに他の実施形態では、石膏芯材内の空気細孔を規定し、隔てる壁は、標準偏差約１０〜約２５で約２５μｍ〜約５０μｍの平均厚さを有し得る。

所望の空隙および壁構造を製造する生じるための発泡剤の使用例としては、発泡剤、空隙、および壁構造に関して参照することによって本明細書中に組み込まれる、米国特許第５，６４３，５１０号および米国特許出願第２００７／００４８４９０号で検討されているものが挙げられる。いくつかの実施形態において、第１のより安定な発泡剤および第２のより不安定な発泡剤の組み合わせを芯材スラリー混合物で使用できる。他の実施形態において、所望の密度およびパネル強度要件が満たされる限り、１種の発泡剤だけを使用する。泡を芯材スラリーに添加するためのアプローチは当該技術分野で公知であり、そしてそのようなアプローチの例は、その開示が発泡剤に関して、参照することによって本明細書中に組み込まれる、米国特許第５，６４３，５１０号および同第５，６８３，６３５号で検討されている。

発泡剤をスラリーに任意の充分な量で添加することができる。いくつかの実施形態において、スラリーに、活性な発泡剤を有するボードを形成するために有効な発泡剤を、ボード１０００ｆｔ^２あたり約０．１ｌｂ〜約２ｌｂの量で添加する。いくつかの実施形態において、スラリーに、活性な発泡剤をボード１０００ｆｔ^２あたり約０．１ｌｂ〜約２ｌｂの量で含むボードを形成するために有効な発泡剤を添加する。本発明の実施形態において、ボードで活性な発泡剤は、例えば表１Ｅに記載するようなものであり得る。表中、「Ｘ」は、「約［最上列の対応する値］から約［最左行の対応する値］まで」の範囲を表す。表示した値は、ｌｂ／１０００ｆｔ^２で発泡剤を表す（表１Ｅ）。表示を簡単にするために、各値は「約」その値を表すと理解される。例えば、表１Ｅ中最初の「Ｘ」は、「約０．１ｌｂ／ｆｔ^３から約０．２ｌｂ／ｆｔ^３まで」の範囲である。表の範囲は開始点から終点の間であり、開始点と終点を含む。

他の実施形態において、組成物、ウォールボード、または方法は、発泡剤を「実質的に含まない」可能性があり、これは、組成物、ウォールボード、または方法が（ｉ）スタッコの重量基準で０重量％のそのような発泡剤を含む、すなわちそのような発泡剤を含まないか、あるいは（ｉｉ）無効または（ｉｉｉ）微量の発泡剤を含むことを意味する。無効量の一例は、当業者には理解されるように発泡剤の使用の意図した目的を達成するための閾値量より少ない量である。量は、当業者には理解されるように、スタッコの重量基準で、例えば約２重量％未満、約１重量％未満、約０．５重量％未満、約０．２重量％未満、約０．１重量％未満、または約０．０１重量％未満など約５重量％未満であり得る。しかしながら、別の実施形態で望ましい場合、そのような成分を組成物、ウォールボード、または方法に含めることができる。

ボードを調製するために、工業規模でプレフォームを製造するのと類似の方法で、スラリー形態の少なくともスタッコと水との混合物を、シート上に堆積させ、そして１つの層にして、ボードを作製できる。約０．７〜約２．０の範囲内の水対スタッコ比を使用してスラリーを調製できる。スラリーを所定のおよその厚さで第１シートの幅方向に広げて、芯材を形成できる。工業環境では、連続パネルをコンベヤに沿って輸送して、石膏水和のための時間ができるようにする。芯材が充分に水和し、そして硬化したら、１以上の所望のサイズに切断して、個々の石膏ボードを形成する。ボードを次いで、パネルを所望の水分レベルまで乾燥するために充分な温度の窯に移し、通過させる。いくつかの実施形態において、カバーシートを上下高密度接着層によって硬化石膏芯材に接着させる。

本発明のウォールボードは約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約４８ｌｂ／ｆｔ^３のボード密度を有し得る。ある実施形態では、ボード密度は約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約４０ｌｂ／ｆｔ^３である。ある実施形態では、ボード密度は２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約３３ｌｂ／ｆｔ^３である。本発明の実施形態において、ボード密度は、例えば表１Ｆで記載するとおりであり得る。表中、「Ｘ」は、「約［最上列の対応する値］から約［最左行の対応する値］まで」の範囲を表す。表示した値はｌｂ／ｆｔ^３でボード密度を表す（表１Ｆ）。表示を簡単にするために、各値は「約」その値を表すと理解される。例えば、表１Ｆ中の最初の「Ｘ」は「約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約２５ｌｂ／ｆｔ^３」の範囲である。表の範囲は開始点から終点の間で開始点と終点を含む。

石膏ボードの典型的な厚さは１／２インチおよび インチであるが、１／４インチ〜１インチの範囲であり得る。ここで記載した方法およびシステムを使用して、任意の厚さのウォールボードを製造できる。本発明の実施形態において、ウォールボードの厚さは、例えば表１Ｇで記載したとおりであり得る。表中、「Ｘ」は、「約［最上列の対応する値］から約［最左行の対応する値］まで」の範囲を表す。表示した値はボードの厚さをインチで表す（表１Ｇ）。表示を簡単にするために、各値は「約」その値を表すと理解される。例えば、表１Ｇ中の最初の「Ｘ」は「約０．５９インチ〜約０．６インチ」の範囲である。表の範囲は開始点から終点の間であり、開始点と終点を含む。

マニラ紙またはクラフト紙などの紙シートをカバーシートとして使用できる。有用なカバーシート紙としては、イリノイ州シカゴのＵｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＭａｎｉｌａ ７−ｐｌｙおよびＮｅｗｓ−Ｌｉｎｅ ５−ｐｌｙ；インディアナ州ニューポートのＣａｒａｕｓｔａｒから入手可能なＧｒｅｙ−Ｂａｃｋ ３−ｐｌｙおよびＭａｎｉｌａ Ｉｖｏｒｙ ３−ｐｌｙ；ならびにイリノイ州シカゴのＵｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＭａｎｉｌａ厚紙およびＭＨ Ｍａｎｉｌａ ＨＴ（高張力）紙が挙げられる。典型的なバックカバーシート紙は５−ｐｌｙ ｎｅｗｓｌｉｎｅである。加えて、セルロース紙は、任意の他の材料または材料の組み合わせを含み得る。例えば、カバーシートは、ガラス繊維、セラミック繊維、ミネラルウール、または前述の材料の組み合わせを含み得る。

他の実施形態において、カバーシートは、不織ガラス繊維マットなどのマット、他の繊維もしくは非繊維材料のシート材料、またはおそらくはカバーシートの一方または両方として使用される紙と他の繊維材料との組み合わせを含み得るか、またはこれらから本質的になり得るか、またはこれらからなり得る。本明細書中で用いられる場合、「マット」という語はメッシュ材料を含む。繊維マットは、任意の好適な繊維マット材料を含み得る。例えば、いくつかの実施形態において、カバーシートは、ガラス繊維、ポリマー繊維、鉱物繊維，有機繊維、もしくはその他、またはそれらの組み合わせから製造されたマットであり得る。ポリマー繊維としては、限定されるものではないが、ポリアミド繊維、ポリアラミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維（例えば、ポリエチレンテラフタレート（ＰＥＴ））、ポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）、およびポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）が挙げられる。有機繊維の例としては、綿、レーヨンなどが挙げられる。マットの繊維はコーティングまたは非コーティングであり得る。好適な種類の繊維マットの選択は、ボードを使用する用途の種類に一部依存する。

いくつかの実施形態において、本発明のボードは、４０ｌｂ／ｆｔ^３未満の密度と、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９（例えば、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９、方法Ｂ）の規格を満たすことができる釘引抜耐性とを有する。さらに詳細には、そのようなボードは、約 インチの厚さを有する場合に、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９（例えば、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９、方法Ｂ）の規格に従って測定して、少なくとも約７０ｌｂの釘引抜耐性を有し得る。本発明の実施形態において、釘引抜耐性は、例えば表１Ｈで記載するとおりであり得る。表中、「Ｘ」は、「約［最上列の対応する値］から約［最左行の対応する値］まで」の範囲を表す。表示した値は、ボードの釘引抜耐性をｌｂで表す（表１Ｈ）。表示を簡単にするために、各値は「約」その値を表すと理解される。例えば、表１Ｈ中の最初の「Ｘ」は「約７０ｌｂ〜約７２ｌｂ」の範囲である。表の範囲は開始点から終点の間であり、開始点と終点を含む。

いくつかの実施形態において、アセンブリは、本発明の原理に従って形成した石膏ボードを使用して構築することができ、このことは、Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．（ＵＬ（登録商標））アセンブリ、例えばＵ４１９、Ｕ３０５、およびＵ４２３の仕様と一致する。アセンブリの片側の面をＡＳＴＭ Ｅ１１９（例えば、ＡＳＴＭ Ｅ１１９−０９ａ）の手順で検討されているものなどの加熱曲線にしたがって一定期間温度上昇にさらすことができる。アセンブリの加熱側付近の温度および加熱していない側の表面の温度を試験中モニターして、暴露石膏パネルが経験する温度および非暴露パネルに対してアセンブリを通して伝達された熱を評価する。例えばＡＳＴＭ Ｅ１１９燃焼試験で要求される負荷をかけた木材スタッドフレームを使用するものなど、アセンブリ中の石膏パネルの防火性能（ｆｉｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）の１つの有用なインジケータが、論文Ｓｈｉｐｐ， Ｐ． Ｈ．， ａｎｄ Ｙｕ， Ｑ．， ‘‘Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｙｐｅ Ｘ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｆｉｒｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｇｙｐｓｕｍ Ｂｏａｒｄ，’’ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｉｒｅ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２０１１ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ｓａｎ Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ， ３１ｓｔ Ｊａｎｕａｒｙ− ２ｎｄ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１１， Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｔｄ．， Ｌｏｎｄｏｎ， ＵＫ， ｐｐ． ４１７−４２６で検討されている。この論文は、耐荷重性木材フレーム付壁アセンブリの広範なＥ１１９燃焼試験およびＥ１１９燃焼試験法でのそれらの予想される性能を考察している。米国特許第８，３２３，７８５号はＡＳＴＭ Ｅ１１９に関して参照することによって本明細書中に組み込まれる。

いくつかの実施形態において、本発明の原理およびＵ４１９アセンブリの仕様にしたがって形成した石膏ボードのアセンブリは、空洞断熱の有無に関わりなく、少なくとも約６０分の火炎等級を有する。いくつかの実施形態において、本発明の原理およびＵ３０５アセンブリの仕様にしたがって形成した石膏ボードのアセンブリは、少なくとも約５５分の火炎等級を有する。いくつかの実施形態において、本発明の原理およびＵ３０５アセンブリの仕様に従って形成した石膏ボードのアセンブリは少なくとも約６０分の火炎等級を有する。いくつかの実施形態において、本発明の原理およびＵ４２３アセンブリの仕様にしたがって形成した石膏ボードのアセンブリは少なくとも約６０分の火炎等級を有する。

一般的な試験方法に加えて、耐火性を増大させる本発明の有用性は、小規模耐火性指数（ＦＥＩ）試験を使用して分析できる。ＦＥＩ試験は、典型的な大規模ウォールボード試験に代わるものとして開発された小規模試験装置および方法である。耐火性等級は、典型的には、フルサイズ（１００ｆｔ^２の壁面積）燃焼試験を認定された燃焼試験実験室で、ＡＳＴＭ規格にしたがって実施することによって得られ、この試験は時間がかかり、高価で、卓上試験および品質管理に適さない。

試験システム２００の概略図を横断面で図２に示す。試験システム２００は炉チャンバー２０６を形成する筺体２０４を有するマッフル炉２０２を含む。チャンバー２０６は扉２０８で閉鎖可能であり、その中に熱源２１０を含む。熱源２１０は、チャンバー２０６内で概ね均一に分布する温度プロファイルを生じるように動作する燃料燃焼型コンバスターまたは電気抵抗ヒーターなどのどのような公知タイプの熱源であってもよい。

図２の実例において、ボードサンプル２１２は試験中の炉チャンバー２０６内に配置して示されている。サンプル２１２は、サンプル２１２の背面２１５と扉２０８のオーブンに面した側との間に隙間２１４が形成されるように扉開口部からオフセット距離で、図示した実施形態のチャンバー２０６内に垂直に取り付ける。スペーサー２１６をサンプル２１２と扉２０８との間で互いから離れて配置して、完成した壁アセンブリでウォールボードを相隔てるスタッドをシミュレーションする。隙間２１４は空洞で図示されているが、別の実施形態では、隙間２１４を壁断熱材で充填してもよい。さらに、金属または木製スタッドをスペーサー２１６の代わりに使用してもよい。スペーサーをサンプル２１２に結合させてもよく、ある実施形態では、サンプル２１２とともに圧縮荷重をかけて耐力壁をシミュレーションすることができる。

熱電対２１８または他の温度検出装置を試験中のサンプルの背面２１５付近に接続する。背面２１５はサンプルの前面よりも厚い可能性がある。熱電対２１８はサンプル２１２の表面から短距離はなれて検出チップを有する。別の実施形態において、送信チップ（ｓｅｎｄｉｎｇ ｔｉｐ）はサンプル２１２と接触し得るか、またはサンプル２１２内にあり得る。熱電対２１８は、試験中のサンプル２１２の背面の表面温度または表面付近の温度を感知するように構成されている。熱電対２１８に電力を供給するため、そこからサンプル２１２の表面温度を示す情報を受け取るため、温度情報を記録するため、および／またはコンピュータ（図示せず）の支援の下で温度情報を時間に対してプロットするか、もしくは別の方法で情報を数値的に分析するために動作するデータ収集ユニット２２０に熱電対２１８を接続する。

試験を実施する場合、マッフル炉チャンバー２０６の温度は、熱源２１０の強度を適切に制御することによって時間をかけて徐々に上昇させる。１つの実施形態において、炉チャンバー２０６の温度を測定し、炉チャンバー温度を示す情報をヒーターコントローラ２２４および、場合によってデータ収集ユニット２２０にも提供するように炉温センサー２２２を配置する。ヒーターコントローラ２２４は、センサー２２２によって提供された情報に基づいて閉ループ的に動作して、熱源２１０の強度を適切かつ自動的に調節することによってチャンバー２０６に所定の加熱プロファイルを提供し得る。チャンバー２０６の温度上昇は、試験完全性を確立するためにデータ収集ユニット２２０によって記録してもよい。

炉チャンバーのサンプル加熱プロファイルを図３の時間プロットで示す。プロットからわかるように、所望のチャンバー温度（°Ｆ）を縦軸に沿ってプロットし、時間（分）を横軸に沿ってプロットする場合、チャンバー２０６を試験の最初の約４３分間の対数の傾き（ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ ｔｒｅｎｄ）にしたがって約４００°Ｆの温度から約１，４２３°Ｆの温度まで徐々に加熱し、そして試験の残りの期間その温度で維持し、図示したグラフでは試験は約１時間継続する。したがって、図３のチャートで記録したように、試験を最初の加熱期間２２６にわたって実施し、次いで安定な期間２２８にわたって継続する。

サンプルの背面２１５の測定した表面温度からわかる、試験中にサンプル２１２を通る熱伝達は、フルスケール燃焼試験でウォールボードを通る予想される熱伝達と両立し、これを示すものであることが確認された。本質的に、本明細書中で記載する試験はサンプルを通る熱伝達速度を決定する。１つの実施形態において、ボードの両側で測定した温度を使用して、リアルタイムでボードを通る熱伝達速度を評価することができる。異なる製品の熱伝達曲線を比較し、曲線をそれらの実際の燃焼試験結果と関連づけることによって、異なる製品の耐火性能の判定および予想が有利なことに可能になる。図２に示す試験設定で、サンプル寸法を、６．１２５”×６．６２５”の寸法と０．６２５”の厚さの長方形サンプルであるように選択した。隙間２１４の奥行きは７／８”であり、熱電対２１８を扉２０８の幾何学的中心に設置し、熱電対２１８の検出プローブはサンプル２１２の方向に扉２０８の内面から約１１／１６”突出していた。このように、熱電対の先端はサンプルの表面から３／１６”離れていた。スペーサー２１６として作用し、さらに扉枠を熱放散に対して密封しながらサンプルを所定の位置に保持するために、グラスウールフレームをサンプルに当てて配置した。厚さ半インチのサンプルについて、熱電対とサンプルとの間の隙間を維持し、そして残りの試験設定を維持するために、厚さ０．１２５”の金属フレームをサンプルの後ろに配置できる。マッフル炉のコントローラ２２４を２００℃〜７７３℃で作動するように調整した。初期段階のマッフル炉の実際の温度曲線を図３に示す。

試験は、特定のボードサンプルの温度・時間曲線を提供する。耐火性指数（ＦＥＩ）は曲線から決定できる。耐火性指数は、小規模燃焼試験において試験片の背面で６００°Ｆに達するために必要な時間として定義される。データ点Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤをプロットし、そしてＦＥＩとＵ４１９フルサイズ燃焼試験から得られる耐火時間との間の相関関係を図４に示す。Ｕ３０５およびＵ４２３などの燃焼試験アセンブリの他のデザインも同様にＦＥＩから推定できる。

ある実施形態では、石膏ボードは、約０．７未満の水対スタッコ比で形成した硬化石膏を含むボードよりも少なくとも３分多い耐火性指数（ＦＥＩ）を有する。ある実施形態では、石膏ボードは、約０．７未満の水対スタッコ比で形成された硬化石膏を含むボードよりも少なくとも４分多い耐火性指数（ＦＥＩ）を有する。

したがって、１つの実施形態において、耐火性石膏ボードは、２枚のカバーシート間に配置された硬化石膏組成物であって、少なくともスタッコと水とを含むスラリーから形成される硬化石膏のインターロッキングマトリックスを含む前記硬化石膏組成物を含む。スラリーは約０．７〜約２．０の水対スタッコ比を有する。ボードは、約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約４０ｌｂ／ｆｔ^３の密度と、約 インチの厚さである場合、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９にしたがって測定すると少なくとも約７０ｌｂの力の釘引抜耐性と、約５２分を上回る耐火性指数（ＦＥＩ）とを有する。

別の実施形態において、硬化石膏組成物はゼラチン化デンプンをスタッコの重量基準で約１重量％を上回る量で含む。

別の実施形態において、硬化石膏組成物は増粘剤を含む。

別の実施形態において、増粘剤は、シリカ・ヒューム、ポルトランドセメント、フライアッシュ、クレー、セルロース微粒子、もしくは高分子ポリマー、またはそれらの任意の混合物である。

別の実施形態において、増粘剤は、スタッコの重量基準で約１０重量％未満である。

別の実施形態において、高分子ポリマーはポリアクリルアミドである。

別の実施形態において、組成物は高熱膨張性粒子をさらに含む。

別の実施形態において、高熱膨張性粒子はバーミキュライトである。

別の実施形態において、バーミキュライトはスタッコの重量基準で約５重量％未満である。

別の実施形態において、石膏ボードは約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約３３ｌｂ／ｆｔ^３のボード密度を有する。

別の実施形態において、石膏ボードは約０．２５インチ〜約１．０インチの厚さを有する。

別の実施形態において、石膏ボードは約０．５９インチ〜約０．６５インチの厚さを有する。

別の実施形態において、石膏ボードは、約０．７未満の水対スタッコ比で形成された硬化石膏を含むボードよりも少なくとも３分上回る耐火性指数（ＦＥＩ）を有する。

別の実施形態において、石膏ボードは、約０．７未満の水対スタッコ比で形成した硬化石膏を含むボードよりも少なくとも４分上回る耐火性指数（ＦＥＩ）を有する。

別の実施形態において、ボードをＵＬ Ｕ３０５にしたがって試験アセンブリに組み込む場合、ボードは、ＡＳＴＭ規格Ｅ１１９−０９の時間・温度曲線にしたがって加熱すると少なくとも約５５分の火炎等級を有する。

別の実施形態において、ボードはＵＬ Ｕ３０５にしたがって試験アセンブリに組み込まれ、そしてＡＳＴＭ規格Ｅ１１９−０９の時間・温度曲線にしたがって加熱した場合に少なくとも約６０分の火炎等級を有する。

別の実施形態において、ボードをＵＬ Ｕ４１９にしたがって試験アセンブリに組み込む場合、ボードはＡＳＴＭ規格Ｅ１１９−０９の時間・温度曲線にしたがって加熱した場合に少なくとも約６０分の火炎等級を有する。

別の実施形態において、耐火性石膏ボードは、２枚のカバーシート間に配置した硬化石膏組成物であって、少なくともスタッコと水とを含むスラリーから形成した硬化石膏のインターロッキングマトリックスを含む前記硬化石膏組成物を含む。スラリーは約１．２〜約２．０の水対スタッコ比を有する。ボードは、約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約４０ｌｂ／ｆｔ^３の密度と、約 インチの厚さである場合、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９にしたがって測定して少なくとも約７０ｌｂの力の釘引抜耐性と、約５４分を上回る耐火性指数（ＦＥＩ）とを有する。

別の実施形態において、耐火性石膏ボードを作製するための方法は、（ａ）少なくともスタッコと水との混合物を形成し、（ｂ）スラリーを第１シート上に配置し、（ｃ）第２シートをスラリー上に配置して、２枚のカバーシートを有するボードプレフォームを形成し、（ｄ）スラリーが切断のために充分硬化した後にボードプレフォームを所定の寸法のボードに切断し、そして（ｅ）ボードを乾燥することを含む。スラリーは、約０．７〜約２．０の水対スタッコ比を有する。ボードは、乾燥した場合に約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約４０ｌｂ／ｆｔ^３の密度と、約 インチの厚さである場合、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９にしたがって測定して少なくとも約７０ｌｂの力の釘引抜耐性と、約５２分より大きい耐火性指数（ＦＥＩ）とを有する。

別の実施形態において、水対スタッコ比は約１．２〜約２．０である。

前項は実施形態の単なる例であることに留意しなければならない。他の好ましい実施形態は本明細書中の記載の全体から明らかである。これらの実施形態の各々を本明細書中で提供する他の実施形態との様々な組み合わせで使用できることも当業者には理解されるであろう。

以下の実施例は本発明をさらに説明するが、もちろん、その範囲を決して限定すると解釈されるべきではない。

実施例１ 耐火性に対する水対スタッコ比の影響
この実施例は、ウォールボードの耐火性に対する水対スタッコ比（ＷＳＲ）の影響を示す。したがって、１．０〜１．９の範囲の水対スタッコ比で作製した５つの石膏ボード（サンプル１〜５）を、ＦＥＩ小規模試験装置を使用して試験した（図２）。

実験室で、７００ｇのスタッコ、３．５ｇの促進剤（微粉状石膏）、１０ｇの乾燥アルファ化デンプン、１．４ｇのトリメタリン酸ナトリウム、および１ｇのガラス短繊維（ｃｈｏｐｐｅｄ ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ）を混合することによってスタッコスラリーを調製した（表２を参照）。１．０、１．２、１．４、１．６、および１．９の水対スタッコ比を得るために必要な量に相当する所定量の水を独立したスチールボウル中に量りとった。各スチールボウルに０．９ｇの分散剤および最大で２滴の遅延剤を添加した。水溶液が室温に達した後、スチールボウルをＨｏｂａｒｔミキサー下に設置した。スタッコ混合物を水溶液に添加し、直ちに混合した。続いて、泡ポンプを作動させ、泡を所定の注入速度にしたがってボウル中に注入した。泡注入時間を、各ボードに必要な様々な注入速度で、約１７００ｌｂ／ＭＳＦの乾燥密度を有するボードを作製するために事前に算出した。泡を注入した後、組成物をさらに５秒間混合した。スラリーをあらかじめ作製した紙の封筒（３４ｌｂ／ＭＳＦ ｎｅｗｓｌｉｎｅおよび４９ｌｂ／ＭＳＦマニラ紙で作製）中に直ちに注ぎ、間隔をあけた２枚のアルミニウムプレート間に挟むことによってキャスティングして インチボードを作製した。キャスティング後、３５０°Ｆにあらかじめ調整したオーブン中にボードを入れた。３０分後、１１０°Ｆにあらかじめ調製した別のオーブンにボードを移した。ボードをオーブン中に２晩放置し、その後オーブンから取り出し、秤量した。乾燥ボードを各々６．６２５インチ×６．１２５インチのサンプルに切断した。

サンプル１〜５を小規模の装置（図２）で個々に試験して、それらの各ＦＥＩを決定した。５つのサンプルの各々の温度曲線（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｒａｃｅ）を図５に示し、図中、時間を横軸に沿ってプロットし、各サンプルの背面の非暴露面温度を縦軸に沿ってプロットする。図５のグラフにおいて、線３０１は１．０のＷＳＲで作製したボード（サンプル１）の温度曲線を表し、線３０２は１．２のＷＳＲで作製したボード（サンプル２）の温度曲線を表し、線３０３は１．４のＷＳＲで作製したボード（サンプル３）の温度曲線を表し、線３０４は１．６のＷＳＲで作製したボード（サンプル４）の温度曲線を表し、線３０５は１．９のＷＳＲで作製したボード（サンプル５）の温度曲線を表し、「ＦＥＩ」線３０６は３１５．６℃（６００°Ｆ）の温度から水平に伸びて、両サンプルのＦＥＩを意味する。

図５のグラフから算出できるように、１．０のＷＳＲで作製されたボードの（サンプル１）耐火性指数は５２．０分であり、１．２のＷＳＲで作製されたボード（サンプル２）については５４．４分であり、１．４のＷＳＲで作製されたボード（サンプル３）については５７．１分であり、１．６のＷＳＲで作製されたボード（サンプル４）については５７．９分であり、そして１．９のＷＳＲで作製されたボード（サンプル５）については６０．０分であった。図５中の熱曲線は、ボードがか焼を完了する温度である約２５０°Ｆ以降は、サンプルを通した熱伝達は水対スタッコ比、したがって微視的な水空隙の数に依存することを示唆する。高い水対スタッコ比のボードは、さらに多数の微視的な空隙を含み、水蒸気が芯材から漏出するのをさらに困難にする。

この実施例は、水対スタッコ比が高いほど石膏ウォールボードの耐火性が増大することを示す。

実施例２ 高い水対スタッコ比を有するボードの耐火性に対するボード重量の効果
この実施例は、軽量／低密度ウォールボードの耐火性に対する高い水対スタッコ比の効果を示す。したがって、１２３５ｌｂ／ＭＳＦの基本重量のボード（サンプル６）、１３５７ｌｂ／ＭＳＦの基本重量のボード（サンプル７）、および１４２２ｌｂ／ＭＳＦの基本重量のボード（サンプル８）を、小規模試験装置（図２）を使用して試験した。サンプル６〜８は、１．９の水対スタッコ比を使用して作製した。

実験室で、７００ｇのスタッコ、３．５ｇの促進剤（微粉状石膏）、１０ｇの乾燥アルファ化デンプン、１．４ｇのトリメタリン酸ナトリウム、および１ｇのガラス短繊維（表２を参照）を混合することによってスタッコスラリーを調製した。１．９の水対スタッコ比を得るために必要な量に相当する所定量の水をＷａｒｒｉｎｇブレンダー中に量りとった。Ｗａｒｒｉｎｇブレンダーに、０．９ｇの分散剤および０．２ｇ〜０．６ｇの液体せっけんを添加した。水溶液が室温に達した後、スタッコ混合物をブレンダーに添加し、直ちに混合した。高速混合作用によって空気がスラリー中に吸い込まれるので、泡が発生した。７秒後、スラリーをあらかじめ作製した紙の封筒（４１ｌｂ／ＭＳＦ ｎｅｗｓｌｉｎｅおよび５３ｌｂ／ＭＳＦマニラ紙で作製）中に注ぎ、間隔をあけた２枚のアルミニウムプレート間に挟むことによってキャスティングして、 インチボードを作製した。キャスティング後、３５０°Ｆにあらかじめ調製したオーブン中にボードを入れた。３０分後、１１０°Ｆにあらかじめ調整した別のオーブンにボードを移した。ボードを２晩オーブン中で放置し、その後、オーブンから取り出し、そして秤量した。乾燥ボードを６．６２５インチ×６．１２５インチのサンプルに切断した。

サンプル６〜８を小規模の装置（図２）で個々に試験して、それらの各ＦＥＩを決定した。３つのサンプル各々の温度曲線を図６で示し、図中、時間を横軸に沿ってプロットし、各サンプルの背面の非暴露面温度を縦軸に沿ってプロットする。図６中、破線３０７は、１２３５ｌｂ／ＭＳＦの基本重量を有するボード（サンプル６）の温度曲線を表し、実線３０８は、１３５７ｌｂ／ＭＳＦの基本重量を有するボード（サンプル７）の温度曲線を表し、破線３０９は、１４２２ｌｂ／ＭＳＦの基本重量のボード（サンプル８）の温度曲線を表し、そして「ＦＥＩ」線３１０は、３１５．６℃（６００°Ｆ）の温度から水平に伸びて両サンプルのＦＥＩ指数を示す。

図６のグラフから算出できるように、ＦＥＩは、１２３５ｌｂ／ＭＳＦの基本重量のボードのＦＥＩは５７．３分（サンプル６）であり、１３５７ｌｂ／ＭＳＦの基本重量を有するボード（サンプル７）については５９．５分であり、そして１４２２ｌｂ／ＭＳＦの基本重量を有するボード（サンプル８）については６１．３分であった。

この実施例は、厚さ約 インチで様々な重量の石膏ウォールボードが高い水対スタッコ比で耐火性を示すことを実証する。

実施例３ 高水対スタッコ比とバーミキュライト
この実施例は、ウォールボードの耐火性に対する高水対スタッコ比と組み合わせたバーミキュライトの効果を調査する。したがって、０〜１００ｌｂ／ＭＳＦの範囲のバーミキュライト量で作製した５枚の石膏ボード（サンプル９〜１３）を、耐火性指数（ＦＥＩ）小規模の試験装置（図２）を使用して試験した。１．４の水対スタッコ比を使用してサンプル９〜１３を作製した。

実験室で、７００ｇのスタッコ、３．５ｇの促進剤（微粉状石膏）、１０ｇの乾燥アルファ化デンプン、１．４ｇのトリメタリン酸ナトリウム、１ｇのガラス短繊維、およびバーミキュライトを混合することによってスタッコスラリーを調製した（表５を参照）。１．４の水対スタッコ比に必要な量に相当する所定量の水を別のスチールボウルに添加した。各スチールボウルに、０．９ｇの分散剤および最大で２滴の遅延剤を添加した。水溶液が室温に達した後、スチールボウルをＨｏｂａｒｔミキサー下に設置した。スタッコ混合物を水溶液に添加し、直ちに混合した。続いて、泡ポンプを作動させ、形態を所定の注入速度にしたがってボウル中に注入した。泡注入時間を事前に計算して、約１６００ｌｂ／ＭＳＦを有するボードを作製した（表６を参照）。泡注入後、組成物をさらに５秒間混合した。スラリーをあらかじめ作製した紙の封筒（３４ｌｂ／ＭＳＦ ｎｅｗｓｌｉｎｅおよび４９ｌｂ／ＭＳＦマニラ紙で作製）中に直ちに注ぎ、間隔をあけた２枚のアルミニウムプレート間に挟むことによってキャスティングして、 インチボードを作製した。キャスティング後、ボードを、３５０°Ｆであらかじめ調整したオーブン中に入れた。３０分後、ボードを１１０°Ｆにあらかじめ調整した別のオーブンに移した。ボードを２晩オーブン中で放置し、次いでオーブンから取り出し、秤量した。乾燥ボードを６．６２５インチ×６．１２５インチのサンプルに切断した。

サンプル９〜１３を小規模の装置（図２）で個々に試験して、それらの各々のＦＥＩを決定した。４つのサンプルについての温度曲線を図７に示し、図中、時間を横軸に沿ってプロットし、各サンプルの背面の温度を縦軸に沿ってプロットする。図７のグラフにおいて、線３１１は対照ボード（サンプル９）の温度曲線を表し、線３１２は２５ｌｂ／ＭＳＦバーミキュライトを含むボード（サンプル１０）の温度曲線を表し、線３１３は５０ｌｂ／ＭＳＦバーミキュライトを含むボード（サンプル１１）の温度曲線を表し、線３１４は７５ｌｂ／ＭＳＦを含むボード（サンプル１２）の温度曲線を表し、そして「ＦＥＩ」線３１５は３１５．６℃（６００°Ｆ）の温度から水平方向に伸び、両サンプルのＦＥＩ指数を示す。

図７のグラフから算出できるように、バーミキュライトを含まないボードの耐火性指数は５５．１分（サンプル９）、２５ｌｂ／ＭＳＦバーミキュライトを含むボード（サンプル１０）については５７．２分、５０ｌｂ／ＭＳＦバーミキュライトを含むボード（サンプル１１）については５７．８分、７５ｌｂ／ＭＳＦバーミキュライトを含むボード（サンプル１２）については５８．９分、そして１００ｌｂ／ＭＳＦバーミキュライトを含むボード（サンプル１３）については５６．０分であった。ボード完全性はサンプルが１００ｌｂ／ＭＳＦバーミキュライトを含む（サンプル１３）場合に損なわれたことが見出された。図７中の熱曲線から、バーミキュライトの量が０から７５ｌｂ／ＭＳＦまで増加するにつれ、ボードの耐火性指数が５５．１分から５８．９分まで増加することが明らかになる。バーミキュライトのさらなる増加はボード完全性を損ない、したがってボードの耐火性を損なう可能性がある。

この実施例は、バーミキュライトと組み合わせた高水対スタッコ比を有するスラリーから作られた芯材を含むボードが一層高い耐火性を有し得ることを示す。

本発明を説明する文脈（特に以下の特許請求の範囲の文脈）での「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」および「少なくとも１つ」ならびに類似の指示対象の語の使用は、本明細書中で別段の指示がない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、単数および複数の両方を網羅すると理解すべきである。「少なくとも１つ」という語とそのあとに１以上の項目のリストが続く使用（例えば、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」）は、本明細書中で別段の指示がない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、記載した項目から選択される１つの項目（ＡもしくはＢ）または記載した項目の２以上の任意の組み合わせ（ＡおよびＢ）を意味すると解釈されるべきである。「含む」、「有する」、「包含する」、および「含有する」という語は、特に記載がない限り、制限のない語（すなわち、「〜を包含するが、それらに限定されない」）を意味すると解釈されるべきである。さらに、どのような場所で「含む」（またはその等価物）が記載されていても、「含む」とは「〜から本質的になる」および「〜からなる」を包含すると考えられる。したがって、ある要素を「含む」実施形態は、記載した要素「から本質的になる」および「からなる」実施形態を支持する。「〜から本質的になる」は、どこで記載されていても、「〜からなる」を包含すると考えられる。したがって、ある要素「から本質的になる」実施形態は、記載した要素「からなる」実施形態を支持する。本明細書中の値の範囲の記載は、本明細書中で特に別段の指示がない限り、その範囲内に含まれる各々の独立した値を個々に指す簡単な方法を意味することを単に意図し、各々の独立した値は、本明細書中で個々に記載されているかのように本明細書中に組み込まれる。本明細書中に記載するすべての方法は、本明細書中で別段の指示がない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、任意の好適な順序で実施できる。本明細書中で提供するあらゆる例、または例となる語の使用（例えば、「など」）は、単に本発明をよりよく明示することを意図し、別段の申し立てがない限り、本発明の範囲に限定を課すものではない。本明細書中の語はいずれも、本発明の実施に必須であると主張していない要素を示すものと解釈すべきではない。

本発明の好ましい実施形態を、本発明を実施するために本発明者らが知っている最良の様式を含めて本明細書中に記載する。これらの好ましい実施形態の変形は、前述の説明を読むと当業者には明らかになり得る。本発明者らは当業者らが必要に応じてそのような変形を用いると予想し、そして本発明者らは本発明が本明細書中で具体的に記載したようなもの以外の方法で実施されることを意図する。したがって、本発明は、適用法によって許されるように添付の特許請求の範囲で記載する主題のすべての修正および等価物を包含する。さらに、そのすべての可能な変形における上述の要素のどのような組み合わせも、本明細書中で特に別段の指示がない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、本発明に含まれる。

Claims (10)

1. ２枚のカバーシート間に配置された、少なくともスタッコと水とを含むスラリーから形成される硬化石膏のインターロッキングマトリックスを含む硬化石膏組成物を含む耐火性石膏ボードであって、
   前記スラリーが約０．７〜約２．０の水対スタッコ比を有し、
   前記ボードが約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約４０ｌｂ／ｆｔ^３の密度と、約 インチの厚さである場合、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９にしたがって測定して少なくとも約７０ｌｂの力の釘引抜耐性と、約５２分より大きい耐火性指数（ＦＥＩ）とを有する、前記耐火性石膏ボード。
2. 前記硬化石膏組成物が、ゼラチン化デンプンをスタッコの重量基準で約１重量％より多い量で含む、請求項１に記載の耐火性石膏ボード。
3. 前記硬化石膏組成物が、シリカ・ヒューム、ポルトランドセメント、フライアッシュ、クレー、セルロース微粒子、もしくは高分子ポリマーからなる群から選択される増粘剤、またはそれらの任意の混合物を含む、請求項１または２に記載の耐火性石膏ボード。
4. 前記増粘剤がスタッコの重量基準で約１０重量％未満である、請求項３に記載の耐火性石膏ボード。
5. 前記組成物が高熱膨張性粒子をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐火性石膏ボード。
6. 前記高熱膨張性粒子がバーミキュライトである、請求項５に記載の耐火性石膏ボード。
7. 前記石膏ボードが約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約３３ｌｂ／ｆｔ^３のボード密度を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の耐火性石膏ボード。
8. 前記石膏ボードが、約０．７未満の水対スタッコ比で形成された硬化石膏を含むボードよりも少なくとも３分大きい耐火性指数（ＦＥＩ）を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の耐火性石膏ボード。
9. 少なくともスタッコと水とを含むスラリーから形成された硬化石膏のインターロッキングマトリックスを含む、２枚のカバーシート間に配置された硬化石膏組成物を含む耐火性石膏ボードであって、
   前記スラリーが約１．２〜約２．０の水対スタッコ比を有し、
   前記ボードが、約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約４０ｌｂ／ｆｔ^３の密度と、約 インチの厚さである場合に、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９にしたがって測定して少なくとも約７０ｌｂの力の釘引抜耐性と、約５４分より大きい耐火性指数（ＦＥＩ）とを有する、前記耐火性石膏ボード。
10. 耐火性石膏ボードを作製するための方法であって、
    少なくともスタッコと水との混合物を形成すること、
    前記スラリーを第１シート上に配置すること、
    第２シートを前記スラリー上に配置して、２枚のカバーシートを有するボードプレフォームを形成すること、
    前記スラリーが切断するのに充分に硬化した後に、前記ボードプレフォームを所定の寸法のボードに切断すること、及び
    前記ボードを乾燥すること
    を含み、
    前記スラリーが約０．７〜約２．０の水対スタッコ比を有し、
    前記ボードが、乾燥した場合に約２４ｌｂ／ｆｔ^３〜約４０ｌｂ／ｆｔ^３の密度と、約 インチの厚さである場合に、ＡＳＴＭ Ｃ４７３−０９にしたがって測定して少なくとも約７０ｌｂの力の釘引抜耐性と、約５２分を上回る耐火性指数（ＦＥＩ）とを有する、前記方法。