JP2019509188A - 石膏系ボード及び非アルファ化拡散性澱粉を含む、石膏系ボードに用いる化粧漆喰スラリーの製造方法 - Google Patents

石膏系ボード及び非アルファ化拡散性澱粉を含む、石膏系ボードに用いる化粧漆喰スラリーの製造方法 Download PDF

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Abstract

石膏系パネルを連続的に形成するための方法であって、化粧漆喰、拡散性澱粉、ガラス繊維、及び水を含む混合物を形成するステップと、前記混合物を切れ目なく形成されたバンドに成形するステップと、前記化粧漆喰が凝結した石膏の継ぎ目基材を形成する条件下で前記バンドを維持するステップと、前記バンドを切断して一つ又は複数の湿ったパネル前駆体を形成するステップと、そして、一つ又は複数の石膏系パネルを形成するために前記湿ったパネル前駆体を乾燥させるステップと、を含み、前記混合物中の水の対化粧漆喰重量比が0.7未満で、前記化粧漆喰は前記混合物中の全固体含量に対して60質量％を超える量があり、前記澱粉は前記混合物中に前記化粧漆喰に対して3質量％を超える量があり、前記ガラス繊維は前記混合物中に前記化粧漆喰に対して1質量％を超える量があり、前記石膏系パネルの密度は700kg/m3より大きいことを特徴とする。

Description

本発明は、石膏系ボード及びそれに用いる化粧漆喰スラリーの製造方法に関する。特に、本発明は、低水量の化粧漆喰スラリーを用いた石膏系ボードの製造方法に関する。
石膏ボード又は壁ボードは、通常、紙ライナー等のライナーの二つの外層の間に挟まれた石膏（硫酸カルシウム二水和物）でできた芯材の層を含む。
このようなボードは、一般的にか焼石膏を開始材料として用いる連続するプロセスで製造される。か焼石膏（化粧漆喰としても知られている）は、加熱されて結合水分子の少なくとも一部が除去された硫酸カルシウム二水和物であり、このため、主に硫酸カルシウム二水和物を含み、ある場合にはいくらかの硫酸カルシウム無水物も含む。
化粧漆喰は、水及び添加物と共に混合機に供給されて化粧漆喰スラリーを形成し、該化粧漆喰スラリーはコンベア上を移動して連続的に前に進む紙ライナー上に流される。前記化粧漆喰スラリーは、前記連続的に前に進む紙ライナー上で伸展され、次に、第2の紙ライナーが前記化粧漆喰スラリーに被覆され、サンドイッチ構造を有する壁ボードの前駆体の連続するバンドが生成される。前記前駆体は、成形プロセスに送られ、所望の厚さにされる。前記化粧漆喰スラリーのバンドが前記コンベアベルトによって前に進みながら、前記化粧漆喰は化粧漆喰スラリー中の水と反応して硫酸カルシウム二水和物を形成し凝結し始める。前記化粧漆喰は、生産ラインでの凝結プロセスが十分に進んだ点に達すると、前記化粧漆喰のバンドの各部分が切断され、乾燥プロセスに送られる。
石膏壁ボードの製造における極めて重要なパラメータは、化粧漆喰スラリーの水分量（すなわち、水の対化粧漆喰質量比）である。化粧漆喰スラリーの含水量は、化粧漆喰が硫酸カルシウム二水和物を形成するために必要な量よりも余分にある状態になっている。この余分な水は、化粧漆喰スラリーを壁ボードライナー上に流したときにでも、該化粧漆喰スラリーに十分な流動性を付与し、該化粧漆喰スラリーが均一に広がることができるようにするために必要である。
このようにして製造された石膏ボードパネルは、一般的に建物内にパーティションを設けるために使用される。このような利用の利点は、石膏ボードパネルが軽くて迅速に組み込みできるということである。しかし、ある場合には、石膏ボードパネルは、取り付け物（例えば、流し台、テレビ、ラジエータ、消火器、棚、及び、前記石膏ボードパネルへの取り付けが必要なその他の物品）を支えるために十分な強度がないという欠点がある。このような場合、取り付け物の重量により、固定具（ネジ等）が前記石膏ボードパネルからはずれて、前記取り付け物がパーティションから落下することがある。
典型的には、上記問題は、これまで、パネルの固定強度を高めるために合板シートを設けることによって対応されてきた。この場合、合板シートがパネルの支持枠に固定され、次に、該合板シートへの石膏ボードの貼付が、取り付け物が置かれる側とは反対側のパネルの側面に合板シートを設けるように行われる。前記合板シートは、取り付け物をパネルに固定するために使用する一つ又は複数の固定手段（ねじ等）を保持するために強度を高めることができる。典型的には、合板シートは仕切り枠の中に置かれ、次に、石膏ボードが、仕切り枠の外側に位置するように、合板に固定される。
別の手段として、金属製支持手段を設けることができる。この金属製支持手段は、固定プレート、チャネル、ストラップ又は金属留め具を有する。合板シートを用いる場合のように、この金属製支持手段は、一般的に、取り付け物が固定される側とは反対側のパネルの側面に置かれ、取り付け物をパネルに固定するために用いられる固定手段、例えば取付けねじ等を受支し固定するように働く。
これらの手段は、両方とも、パネル及び追加の支持部品を固定するために現場で行う追加の設置作業が必要になるという欠点がある。さらに、金属製支持手段を使用する場合、取り付け物をパネルに固定するために必要な複数の固定手段の組の全部を支持するために、前述のような支持手段が複数必要となる場合がある。したがって、前記追加の設置作業は時間と費用が増える可能性がある。
さらに、金属製支持手段又は合板シートの追加は、パーティションの重量及び厚さを増加させ、及び／又は、壁の空洞を減少させる。一般的に、合板自体は現場で切断して寸法調整するため、設置に要する時間が長くなり、ほこりや有害な成分が飛散する可能性がある。
石膏ボード中に比較的高レベルのポリマー添加物（澱粉等）及び繊維（ガラス繊維等）を含めることにより、定着強度が顕著に改善することがわかっている。
しかしながら、化粧漆喰スラリーの水分量が増加しないと、化粧漆喰スラリー中のポリマー（特に澱粉）及び繊維等の添加物の存在は、化粧漆喰泥スラリーの流動性を低下させると考えられる。
驚くべきことに、澱粉及び繊維の添加物を含む化粧漆喰スラリーは、従来考えられていたよりも著しく少ない水分量でも、石膏系ボードの連続的な製造に使用できることがわかった。
これには多くの利点があり、特に石膏系ボードの乾燥において多くの利点がある。より少ない水分量は、乾燥時間及び／又は温度の低減を可能にするので、乾燥に適する。これは、多量の澱粉を含む石膏系ボードに対して特に有益である。その理由は、澱粉は水に対して強い親和性を示すため、通常、乾燥に要する時間及び/又はエネルギーを増加させる傾向があり、このことによって結果的に引き起こされる問題として、ボードの焼損及び／又は機械的性能の低下等が発生する。
石膏ボードの製造に使用される澱粉には、拡散性又は非拡散性のものがある。これらの用語は、澱粉がボードの乾燥中にボード内に分散して行く能力を指す。拡散性の澱粉は、石膏でできた芯材を通ってボードのライナーとの界面まで移動することができ、前記ライナーを前記石膏の芯材に接着させる接着剤として働く、及び／又はボードの燃焼を防止することができるという利点がある。しかし、石膏の芯材から出て分散して行く拡散性澱粉の性質は、前記石膏の芯材を強化するために該石膏の芯材内で利用可能な澱粉の必要量が少なくなることを意味する。
驚くべきことに、使用できる水分量が少ないことは、澱粉が拡散性澱粉である場合に特に有利であることが判明している。その理由は、使用できる水分量が少ないことによって、石膏の中を通る澱粉の動きの制御をより大きくできると考えられるからである。すなわち、水分量を下げることによって、澱粉が石膏の芯材から外側に分散する傾向が制限され、その結果、澱粉を石膏の芯材とライナーの界面に供給する必要量と、澱粉を石膏でできた芯材に保持して強度を高めるための必要量との間のバランスを改善することができる。石膏の芯材とライナーとの間の界面に達する澱粉の量を制御することによって、澱粉がボード表面の細孔網の形成を阻害し、乾燥プロセスを阻害する傾向を緩和することができると考えられる。
したがって、第1の態様では、本発明は、石膏系パネルを連続的に形成するための方法を提供し、本方法は、
化粧漆喰、拡散性澱粉、ガラス繊維、及び水を含む混合物を形成するステップと、
前記混合物を流し、切れ目なく形成されたバンドに成形するステップと、
前記化粧漆喰が、凝結した石膏の継ぎ目基材を形成するために十分な条件下で前記バンドを保持するステップと、
一つ又は複数の湿ったパネル前駆体を形成するために前記バンドを切断するステップと、そして、
一つ又は複数の石膏系パネルを形成するために前記湿ったパネル前駆体を乾燥させるステップと、を含み、
前記混合物中の水の対化粧漆喰重量比が0.7未満であり、
前記化粧漆喰は、前記混合物中に、前記混合物中の全固体含量に対して、60質量％を超える量だけ存在し、
前記澱粉は、前記混合物中に、前記化粧漆喰に対して3質量％を超える量だけ存在し、
前記ガラス繊維は、前記混合物中に、前記化粧漆喰に対して1質量％を超える量だけ存在し、そして、
前記石膏系パネルの密度は700kg/m3より大きいこと
を特徴とする。
拡散性澱粉は、加水分解によって澱粉分子を切断して澱粉の分子鎖長を短縮するために、例えば酸希釈、熱分解、又は酸化によって改変された非加熱澱粉である。用語「拡散性澱粉」には、例えば、移動特性を低下させるために特別に改変されたアルファ化澱粉は含めない。
典型的には、スラリー中の水の対化粧漆喰比は0.65未満、好ましくは0.60未満、より好ましくは0.55未満である。一般的に、スラリー中の水の対化粧漆喰比は0.4より大きい。
一般的に、前記化粧漆喰は、前記混合物中の全固体含量に対して70質量％を超える量、ある場合には80質量％を超える量が前記混合物中に存在する。
典型的には、澱粉は、化粧漆喰に対して4質量％を超える量、ある場合には5質量％を超える量が前記混合物中に存在する。
ある場合には、石膏系パネルの密度は800kg/m3より大きい。
一般的には、水の対化粧漆喰比率は、ポリカルボン酸塩系の流動化剤、リン酸重縮合物（好ましくは側鎖を含むリン酸重縮合物）及び／又はナフタレンスルホネート系の流動化剤等の流動化剤を化粧漆喰スラリーに添加することによって低くすることができる。流動化剤は、典型的には、化粧漆喰に対して少なくとも0.10質量％、好ましくは少なくとも0.20質量％、より好ましくは少なくとも0.50質量％の量が添加される。
水分量の比率を下げるためのさらに別の手段は、か焼後かつ化粧漆喰スラリーの形成前に、漆喰に調整処理を施すことである。この調整処理は、微小亀裂の数を減らすためにか焼された石膏を焼鈍するステップを含む。前記調整処理は、高温及び／又は高圧で化粧漆喰を水蒸気中に保持するステップを含むことができる（例えば、化粧漆喰は、100℃を超える温度かつ少なくとも70％の相対湿度の条件で維持することができる）。代替として、前記調整処理は、水又は水溶液を少量含む化粧漆喰をグラインドすることを含むことができる。
したがって、ある場合には、本方法は、前記混合物内に流動化剤を入れること、及び／又は、調整処理を受けた化粧漆喰を使用することをさらに含む。
ある場合には、ガラス繊維が、化粧漆喰に対して、少なくとも1.5質量％、好ましくは少なくとも2質量％の量、存在する。
一般的に、前記ガラス繊維は、平均長が3〜12mmの範囲にある。
一般的に、前記ガラス繊維は、平均直径が5〜50ミクロンの範囲にある。
第二の態様において、本発明は、少なくとも700kg/m3の密度の石膏系パネルを製造するための連続的方法で使用するための化粧漆喰スラリーを提供し、前記化粧漆喰スラリーは、
化粧漆喰、非アルファ化拡散性澱粉、ガラス繊維、及び水を含み、
混合物中の化粧漆喰に対する水の重量比が0.7未満であり、
前記化粧漆喰は、前記化粧漆喰スラリー中に、前記化粧漆喰の全固形分に対して60質量％を超える量が存在し、
前記澱粉は、前記化粧漆喰に対して3質量％を超える量が前記化粧漆喰スラリー中に存在し、
前記ガラス繊維は、前記化粧漆喰に対して1質量％を超える量が前記化粧漆喰スラリー中に存在する、ことを特徴とする。
ある場合には、前記ガラス繊維は、化粧漆喰に対して少なくとも1.5質量％、好ましくは少なくとも2質量％の量が含まれる。
本発明の第2の態様のスラリーは、本発明の第1の態様の方法で形成されたスラリーの一つ又は複数の任意選択可能な特徴を、単独で又は組み合わせて有することができる。
石膏パネルを製造するために使用されるスラリーの水分量は、石膏パネルに存在する細孔を調べることによって決定することができる。典型的には、細孔は、空気孔（すなわち、スラリーへの空気の取り込み、例えばスラリーへの泡の添加によって生じる）、又は、水分孔（すなわち、スラリー中に存在する過剰な水の蒸発から生じる。過剰な水とは、スラリー粒子を再水和するために必要な水分量を超えるスラリー中の水分の割合をいう）を指す。
典型的には、空気孔は丸い形状を有する（例えば、空気孔は楕円形の断面を持つことができる）、また、一般的に他の空気孔から分離され、したがって一般的に不連続である。一般的に、空気孔は、直径が10ミクロンより大きく、しばしば15ミクロンより大きくなる。
典型的には、水分孔は形状が不規則であり、また、他の水分孔とつながり、凝結した石膏結晶間の全体的に連続した網の中に不規則な水路を形成する。一般的に、水分孔の最大寸法は7ミクロン未満で、5ミクロン未満であることが多い。
従って、第3の態様において、本発明は、最大寸法が1mを超えるパネルを提供することができ、該パネルは石膏系芯材を有し、該石膏系芯材は石膏に対して少なくとも3質量％の量の澱粉と、該石膏に対して少なくとも1質量％の量のガラス繊維とを内包し、
前記石膏系芯材の密度が700kg/m3より大きく、前記石膏系芯材の石膏の量が60質量％より多く、かつ、
水分孔の総体積は、前記パネルの芯材における前記石膏の総体積よりも小さいことを特徴とする。
典型的には、水分孔の総体積は、前記パネル芯材にある前記石膏の全体積の90％未満、好ましくは80％未満、より好ましくは70％未満である。
好ましくは、前記澱粉は拡散性澱粉である。
前記水分孔の総体積は、パネルの電子顕微鏡写真から決定することができる。前記パネル芯材の石膏の総体積（すなわち、細孔を除く石膏の実体積）は、前記パネル芯材の区画のエネルギー分散型X線分析（EDAX、Energy-Dispersive X-ray Analysis）によって決定することもできる。
本発明の第3の態様のパネルは、本発明の第1の態様の方法で形成されたスラリーの一つ又は複数の特徴を組み込むことができ、単独で又は組み合わせて使用することができる。
ここで、本発明を例示としてのみ説明する。
12kg/m2の重量を有する石膏系ボードを、表1に示す配合に従って化粧漆喰スラリーから調製した。成分量は、化粧漆喰の量に対する百分率で示す。前記化粧漆喰スラリーを流し、第1の紙ライナーを覆う切れ目のないバンドとして成形した。第2の紙ライナーを前記第1の紙ライナーを覆う化粧漆喰スラリーの上に被せた。
前記石膏を凝結させ、複数の部分に切断し、次に切断された部分を乾燥させて石膏系ボードを形成した。
温度23℃、相対湿度50％の状態の試料に対して、ボルト引き抜き試験を行い、100mm毎に測定した。50mmの単巻木ネジを前記試料の表面に置かれた金属製荷重伝達部品に貫通させ、前記試料にねじ込んだ。前記荷重伝達部品は、前記木ネジの頭部と前記試料表面との間にある第1部分と、試験機と連動して前記木ネジの軸に沿って前記木ネジに荷重がかかることを可能にする第2部分とを有する。
次に、前記試料をツビック汎用試験機（Zwick Universal Testing Machine）に搭載し、前記木ネジの軸に沿って前記木ネジに10Nの予荷重を加えた。次に、引き抜きが完了するまでクロスヘッド一定速度を10mm／分に設定して荷重を増加させた。
結果を表1に示す。これらは平均値であり、それぞれ16の試料から得られたものである。
水分量の減少に伴い、ボルト引き抜き強度が増加することが分かる。これは、より少ない水分量で調製されたボードには澱粉がより均一に分布していること、すなわち、澱粉がボード表面にまで拡散する傾向がより小さくなるという事実に起因すると考えられる。
Figure 2019509188

Claims (12)

  1. 石膏系パネルを連続的に形成するための方法であって
    化粧漆喰、拡散性澱粉、ガラス繊維、及び水を含む混合物を形成するステップと、
    前記混合物を流し、切れ目なくつながるバンドに成形するステップと、
    前記化粧漆喰が凝結した石膏の継ぎ目基材を形成することができる条件下で前記バンドを維持するステップと、
    一つ又は複数の湿ったパネル前駆体を形成するために前記バンドを切断するステップと、そして、
    一つ又は複数の石膏系パネルを形成するために前記湿ったパネル前駆体を乾燥させるステップと、を含み、
    前記混合物中の水の対化粧漆喰重量比が0.7未満であり、
    前記化粧漆喰が、前記混合物中の全固体含量に対して、前記混合物中に60質量％を超える量だけ存在し、
    前記拡散性澱粉は、前記混合物中に、前記化粧漆喰に対して3質量％を超える量だけ存在し、
    前記ガラス繊維は、前記混合物中に、前記化粧漆喰に対して1質量％を超える量だけ存在し、そして、
    前記石膏系パネルの密度は700kg/m3より大きいこと
    を特徴とする方法。
  2. 前記混合物中の水の対化粧漆喰重量比が0.65未満、好ましくは0.6未満、より好ましくは0.55未満であること
    を特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記混合物が、流動化剤をさらに含むこと
    を特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記流動化剤が、ポリカルボン酸塩系流動化剤、リン酸重縮合体流動化剤、及びナフタレンスルホネート系流動化剤のうちの1つであること
    を特徴とする、請求項3に記載の方法。
  5. 前記流動化剤が、前記化粧漆喰に対して少なくとも0.1質量％の量、存在すること
    を特徴とする、請求項3又は4に記載の方法。
  6. 前記混合物を形成するステップの前に、前記化粧漆喰の微小亀裂の程度を削減するために、前記化粧漆喰を焼鈍処理することによって前記化粧漆喰を調整するステップをさらに含むこと
    を特徴とする、請求項1から５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記ガラス繊維が、3〜12mmの範囲内の平均長を有すること
    を特徴とする、請求項1から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記ガラス繊維が、5〜50ミクロンの範囲の平均直径を有すること
    を特徴とする、請求項7に記載の方法。
  9. 前記拡散性澱粉が、前記化粧漆喰に対して少なくとも5質量％の量だけ存在すること
    を特徴とする、請求項1から８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記拡散性澱粉が、酸希釈澱粉又は酸化澱粉であること
    を特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 少なくとも700kg/m3の密度を有する石膏系パネルを連続して製造するための方法で使用する化粧漆喰スラリーであって、
    該化粧漆喰スラリーは、
    化粧漆喰、非アルファ化拡散性澱粉、ガラス繊維、及び水を含み、
    前記混合物中の水の対化粧漆喰重量比が0.7未満であり、
    前記化粧漆喰は、前記化粧漆喰スラリーの全固形分に対して60質量％を超える量だけ前記化粧漆喰スラリー中に存在し、
    前記非アルファ化拡散性澱粉は、前記化粧漆喰に対して3質量％を超える量だけ前記化粧漆喰スラリー中に存在し、
    前記ガラス繊維は、前記化粧漆喰に対して1質量％を超える量だけ前記化粧漆喰スラリー中に存在すること
    を特徴とする、化粧漆喰スラリー。
  12. 石膏系芯材を有するパネルであって、該石膏系芯材は石膏基材を含み、該石膏基材は、石膏に対して少なくとも3質量％の量の非アルファ化拡散性澱粉と、前記石膏に対して少なくとも1質量％の量のガラス繊維とが混入され、前記パネルは1mを超える最大寸法を有し、
    前記石膏系芯材の密度が700kg/m3より大きく、前記石膏系芯材中の前記石膏の量が60質量％より多く、
    さらに、前記石膏系芯材中の水分孔の総体積は、前記パネルの前記石膏系芯材内の前記石膏の総体積よりも小さいこと
    を特徴とするパネル。
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