JP2019527628A - 非イオン性ポリマーバインダーで結合された積層マルチプライ紙カバーシートを含む石膏壁板および方法 - Google Patents

Abstract

非イオン性ポリマーバインダーおよび架橋剤で結合された積層マルチプライ紙カバーシートを含む壁板パネル、ならびにその壁板パネルを作製するための方法を提供する。

Description

本発明は、非イオン性ポリマーバインダーおよび架橋剤によって紙プライが結合されている積層マルチプライ紙カバーシートを使用して調製された石膏壁板を提供する。

壁パネル、天井パネル、およびタイルを含む様々な石膏製品が、建設業界で一般的に使用されている。これらの石膏製品の多くは、焼き石膏（硫酸カルシウムアルファ半水和物、硫酸カルシウムベータ半水和物、および／または硫酸カルシウム無水物）を使用して水性石膏スラリーを調製し、そのスラリーを成形し、次いで、そのスラリーを焼き石膏再水和物として石膏（硫酸カルシウム二水和物）中に硬化させることによって、作製される。壁板として知られている石膏ボード複合材は、２つの紙カバーシートの間に石膏スラリーをサンドイッチすることによって製造することができる。

全開示内容が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第４，９５９，２７２号に詳細に記載されているように、壁板カバーシートのための紙は、従来、古い段ボール紙、クラフト切りかす（ｋｒａｆｔ ｃｕｔｔｉｎｇ）、および古新聞を含む古紙を含み得る様々なセルロース系繊維材料を水でパルプ化することによって、作製される。この紙と水の原料が、連続的に移動するいくつかのワイヤーシリンダー上に水を排水することによって紙プライに形成される。マルチプライ紙を作製するために、別個の紙プライを重ね合わせて、搬送フェルトによって一緒に結合させる。次いで、弱いペーパーウェブ（ｗｅａｋ ｐａｐｅｒ ｗｅｂ）を、プレスセクションにおいて脱水し、ウェブから水を押し出す。プレスされた紙は、各シリンダーに添加された蒸気を有するマルチシリンダー乾燥セクションで乾燥させる。乾燥させた紙は、厚さを均一にするために圧搾またはカレンダー操作を行い、最後にロールに巻く。この紙は、その後、２つのシートの間に焼き石膏スラリーを堆積させ、その石膏を硬化かつ乾燥させることによって、石膏壁板を形成するための紙カバーシートとして利用される。

典型的には、２つの異なる紙カバーシートを使用する。壁板の裏側には１つの紙カバーシートを使用する。この紙カバーシートは、バッカー紙シートと称される。壁板の設置後に視認されかつ装飾される壁板の表側には別の紙カバーシートを使用する。この紙カバーシートは、フェーサー紙シートと称される。

マルチプライ紙カバーシートは、異なるプライを含むことができる。いくつかの充填材プライ、典型的には２〜５つの充填材プライは、例えば、クラフト切りかすおよび箱用板紙切りかす等の硬質原料性のものから調製される。次いで、一組の充填材プライは、ライナーまたは外板とも称される１〜２つのトップライナープライで覆うことができる。典型的には、ライナープライは、主として、フライリーフ裁落（ｆｌｙｌｅａｆ ｓｈａｖｉｎｇ）と、より短い繊維を有する柔らかい砕木品質の新聞紙とからなる。壁板は、積層マルチプライ紙カバーシートでカバーされる。典型的には、紙プライは、プライ形成およびその後のプレスの直後に、互いの上に重ね合わせることによって、互いに接着させる。

壁板では、紙カバーシートは、釘引き抜き強度、曲げ強度、および水とカビに対する耐性に寄与する。また、紙カバーシートの引張強度は、石膏防火製品の耐火性に影響を与える可能性があることも研究によって明らかにされている。

積層マルチプライ紙カバーシートにおいて紙プライが互いから分離するのを防止する努力、ならびに石膏コアに直接隣接している紙プライがスプリットするのを防止する努力がなされてきた。米国特許第２，８０６，８１１号に規定されているように、樹脂添加剤を、完成紙料として紙プライを作製中に紙パルプに添加することができる。その方法は、白水の化学変化を最小限に抑えるために、添加剤を非常に低い使用量で紙プライの形成中にパルプと直接混合させることから内部添加とも称される。しかしながら、紙の引張強度を改善することは、製紙産業において進行中の研究主題であり続けている。

本開示は、マルチプライ紙カバーシートの紙プライが、ホウ酸で架橋される非イオン性ポリマーバインダーで一緒に結合される、改善された引張強度を有する壁板を調製するための方法を提供する。その方法は、
−紙パルプから紙プライを形成するステップと、
−紙プライにＰＶＯＨ（ポリビニルアルコール）を噴霧するステップと、
−紙プライにホウ酸溶液を噴霧するステップと、
−紙プライを重ね合わせて、非イオン性ポリマーバインダーで結合されたマルチプライ紙シートを形成するステップと、
−そのマルチプライ紙シートをプレスし、乾燥させ、
−石膏スラリーを調製し、
−少なくとも１つがマルチプライ紙シートである２つの紙シートの間に石膏スラリーを堆積させ、
−壁板パネルを形成するステップと、を含む。

いくつかの実施形態では、マルチプライ紙シートは、少なくとも１つの充填材プライと、少なくとも１つのライナープライとを含む。ＰＶＯＨおよびホウ酸は、以下のプライ、すなわち、２つの充填材プライ、充填材プライおよびライナープライ、ならびに２つのライナープライのうちの少なくとも１つの間に噴霧することができる。架橋に加えて、ホウ酸はまた、殺菌処理としても提供する。

さらなる実施形態では、第１のプライの表面にＰＶＯＨを適用し、一方でホウ酸を第２のプライの表面に適用し、次いで、ＰＶＯＨで処理した表面がホウ酸で処理した表面と接触するように第１のプライと第２のプライとを重ね合わせる。ＰＶＯＨポリマーは、超低重合度のポリマー、低重合度のポリマー、またはそれらの組み合わせであってもよい。紙パルプは、再生紙廃棄物、例えばクラフト切りかす、箱用板紙切りかす、フライリーフ裁落（ｆｌｙｌｅａｆ ｓｈａｖｉｎｇ）、および／または新聞からなる再生紙廃棄物を含むことができる。

ＰＶＯＨは、１重量％〜１０重量％の範囲の濃度を有する水系溶液として適用することができる。ホウ酸は、１重量％〜１０重量％の範囲の濃度を有する水系溶液として適用することができる。

本発明はまた、この方法によって得られる壁板にも関する。

壁板は、２つの紙カバーシートの間に配置された石膏コアを含み、第１の紙カバーシートはフェーサーであり、第２の紙カバーシートはバッカーであり、両方の紙カバーシートはマルチプライ紙カバーシートであり、２つの紙カバーシートの各々における少なくとも２つのプライは、ホウ酸で架橋される非イオン性ポリマーバインダーで一緒に結合され、非イオン性ポリマーバインダーはＰＶＯＨポリマーまたはコポリマーである。ＰＶＯＨは、１２，０００〜２００，０００、特に１２，０００〜５０，０００の範囲の平均分子量を有するＰＶＯＨポリマーから選択することができる。ＰＶＯＨは７０〜１００ｍｌ％加水分解され、特にＰＶＯＨは９５〜１００ｍｌ％加水分解される。適切なＰＶＯＨポリマーは、超低重合度および低重合度のポリマーを含む。

壁板のフェーサー紙カバーシートは、１〜２つのライナープライで覆われた２〜５つの充填材プライを含み、そのフェーサー紙カバーシートおよびバッカー紙カバーシートは記載の古紙を含むことができる。

さらなる実施形態は、壁板パネルを作製する方法を提供し、その方法は、
−紙パルプから紙プライを形成するステップと、
−プライ間にＰＶＯＨとホウ酸との溶液を適用するステップと、
−紙プライを重ね合わせて、非イオン性ポリマーバインダーで結合されたマルチプライ紙シートを形成するステップと、
−そのマルチプライ紙シートをプレスして乾燥させるステップと、
−石膏スラリーを調製するステップと、
−少なくとも１つがマルチプライ紙シートである２つの紙シートの間に石膏スラリーを堆積させるステップと、
−壁板パネルを形成するステップと、を含む。

本発明は、改善された引張強度および耐火性を有する、石膏壁板を含む石膏製品を提供する。係る製品を得るための方法も提供する。

本発明は、マルチプライ紙シートの形成中に、紙プライを重ね合わせる直前に、紙プライの表面に、非イオン性強度向上ポリマーと架橋剤とを直接適用する方法を開示する。

様々な非イオン性強度向上ポリマー、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）ポリマーおよびポリビニルアルコール誘導体が適切である。ポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）は、ポリマー構造中に一緒に連結されたビニルアルコールモノマーおよび／またはそれらの誘導体を含むポリマーである。ＰＶＯＨは、ホモポリマーまたはコポリマーであることができる。いくつかのコポリマーは、エチレン、メチルアクリレート、およびカルボン酸から選択されるモノマーを含むことができる。適切なＰＶＯＨポリマーとしては、超低重合度（１５０〜３００）、低重合度（３５０〜６５０）、中重合度（１０００〜１５００）、および高重合度（１６００〜２２００）のものを挙げることができる。提供する方法のいくつかでは、超低重合度または低重合度、またはその両方のＰＶＯＨが使用される。

ＰＶＯＨは、ポリビニルアセテートを加水分解してポリビニルアルコールにすることにより得ることができる。適切なＰＶＯＨは、部分的または完全に加水分解される配合を含む。ＰＶＯＨは、少なくとも６０モル％加水分解、少なくとも７０モル％加水分解、少なくとも８０モル％加水分解、少なくとも９０モル％加水分解され得る。いくつかの実施形態では、ＰＶＯＨは７０〜１００ｍｏｌ％加水分解される。さらなる実施形態では、ＰＶＯＨは９５〜１００ｍｏｌ％加水分解される。

異なる分子量を有する様々なグレードのＰＶＯＨが適切である。いくつかの実施形態では、１２，０００〜２００，０００の範囲内の平均分子量を有するＰＶＯＨが適切である。好ましくは、ＰＶＯＨは、１２，０００〜５０，０００の範囲の平均分子量を有する低分子量のポリマーである。適切な非イオン性強度向上ポリマーとしては、Ｓｅｋｉｓｕｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．Ｌｔｄ．から入手可能なＳＥＬＶＯＬ（商標）の商品名で市販されている様々なＰＶＯＨポリマーが挙げられる。

非イオン性強度向上ポリマーは、非イオン性強度向上ポリマーが紙プライの表面に適用された後に、非イオン性強度向上ポリマーの硬化を容易にする架橋剤と組み合わせて使用される。適切な架橋剤としては、化学式Ｈ_３ＢＯ_３を有する、ホウ酸水素、ホウ酸、およびオルトホウ酸としても知られているホウ酸が挙げられる。

いくつかの実施形態では、最大１００％の再生紙廃棄物を含むことができるパルプ化セルロース繊維からいくつかの紙プライを得ることによって、マルチプライ紙カバーシートを調製する。次いで、プライの表面をＰＶＯＨ溶液で処理する。ＰＶＯＨ処理は、紙プライの少なくとも１つの表面にＰＶＯＨ溶液を噴霧することを含むことができる。あるいは、ＰＶＯＨ溶液を紙プライの上に流すことができる。さらに、その方法の他のバリエーションでは、紙プライをＰＶＯＨ溶液に短時間浸漬することができる。ＰＶＯＨ溶液は、１重量％〜２５重量％の溶液を含む様々な濃度で使用することができる。ＰＶＯＨ溶液で処理した直後に、紙プライ表面をホウ酸溶液で処理する。その処理は、噴霧すること、および／またはホウ酸溶液中に紙プライ表面を短時間浸漬することを含むことができる。

ホウ酸溶液は、１重量％〜２５重量％の溶液を含む様々な濃度で使用することができる。ホウ酸溶液で処理した直後に、紙プライを別の紙プライで覆う。したがって、２つの紙プライを、ホウ酸で架橋されるＰＶＯＨと一緒に結合させる。

本発明の方法では、紙プライにホウ酸を適用することによって、紙プライに殺菌処理も提供する。これにより、真菌および／または微生物の増殖に対する紙カバーシートの耐性が改善し、昆虫を阻止することもできる。さらに、本発明の方法におけるホウ酸の使用によって、石膏ボード作製プロセス中に、追加の殺生物剤の適用の必要性を低減または排除することができる。

その方法のいくつかの実施形態では、１つの紙プライの表面をＰＶＯＨ溶液で処理し、一方で別の紙プライの表面をホウ酸溶液で処理する。次いで、２つの表面を、マルチプライ紙シートの形成中に直ちに接触させ、２つの紙プライを、ホウ酸で架橋されるＰＶＯＨ接着剤と一緒に結合させる。

いくつかの実施形態では、マルチプライ紙カバーシートにおけるプライの各々は、ホウ酸で架橋されるＰＶＯＨ接着剤で結合される。例えば、このマルチプライ紙シートが５つの充填材プライと２つのライナープライとを含む場合、充填材プライおよびライナープライの各々は、ホウ酸で架橋されるＰＶＯＨ接着剤で被覆プライに結合される。他の実施形態では、ライナープライのみが、ホウ酸で架橋されるＰＶＯＨ接着剤によって充填材プライに結合される。さらなる実施形態では、ライナープライの各々は、ホウ酸で架橋されるＰＶＯＨ接着剤によって別のライナープライと結合される。さらなる実施形態では、ホウ酸で架橋されるＰＶＯＨ接着剤によって充填材プライのみが結合される。さらに別の実施形態では、ホウ酸で架橋されるＰＶＯＨ接着剤によって、充填材プライは、一緒に、かつライナープライに結合される。

その方法のさらなる実施形態は、第１プライをＰＶＯＨで処理し、第２プライをホウ酸で処理する実施形態を含む。次いで、第１のプライを第２のプライで覆い、次いで、第２のプライを、これもまたＰＶＯＨで処理された第３のプライで覆うことによって、紙シートを組み立てる。したがって、紙シートは、ＰＶＯＨまたはホウ酸で処理された交互プライにより組み立てられる。

なおさらなる実施形態では、ＰＶＯＨとホウ酸との溶液を調製し、パイルの間に適用する。

様々な紙プライが、一緒にプレスされることによって互いに単純に結合される他の方法と比較して、マルチプライ紙カバーシートにおいてプライを結合する方法を行うことによって、いくつかの技術的利点が達成された。

係る技術的利点としては、引張強度、抗菌耐性、および透気性の改善が挙げられる。予想外なことに、これらの技術的利点は、紙の重量を大幅に増加させることなく達成されており、それは重要なことである。なぜならば、壁板は、輸送および設置が容易であるためには軽いことが好ましいからである。

マルチプライ紙カバーシートの引張強度は、プライが互いから分離する前に紙カバーシートが曝され得る引張応力の最大量であることを当業者には容易に理解されよう。

引張強度は、「紙および板紙の引張特性」という名称の標準Ｔ ４９４ ｏｍ−１３の方法においてＴＡＰＰＩ Ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔによって提供される方法によって引張試験機で測定することができる。

当業者はまた、紙キャリパーとは、ミルで表現される紙のシートの厚さを指すことも容易に理解しよう。この測定はマイクロメーターで行われる。キャリパー値が大きいほど、紙重量が大きくなる。

紙の透気性は、Ｔｅｃｈｎｉｄｙｎｅ Ｐｏｒｏｓｉｔｙ Ｔｅｓｔｅｒ（Ｎｅｗ Ａｌｂａｎｙ，ＩＮ）を使用して測定される。この装置は、１００ｃｃの空気が紙を通過するのに要する時間を秒単位で測定する。この方法は、空気の通過に対する紙の抵抗を評価する。時間が短いほど、材料はより透気性である。

以下の表１に示すように、ホウ酸で架橋されるＰＶＯＨと一緒に２つのプライが結合されたマルチプライ紙サンプルについて、引張強度、透気性、およびキャリパー値を測定した。サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤを参照する。それらの値を、２つのプライを単純に重ね合わせ、次いで紙シートにプレスされたマルチプライ対照紙について得られた値と比較した。表１の対照サンプルを参照する。

表１から分かるように、ホウ酸で架橋されるＰＶＯＨで結合されたサンプルでは、引張強度の有意な増加が観察される。これらのサンプルについては、対照サンプルと比較して、透気時間の有意な減少が観察される。驚くべきことに、これらの結果は、対照サンプルのキャリパー値と、ホウ酸で架橋されるＰＶＯＨでプライが結合されるサンプルのキャリパー値とを比較することから分かるように、紙重量を増加させずに得られた。

さらなる実施形態は、改善された引張強度および透気性を有する壁板が得られる方法を提供する。これらの方法では、ホウ酸で架橋されるＰＶＯＨを使用して紙形成中に紙プライを結合させることにより、マルチプライ紙シートが製造される。次いで、そのマルチプライ紙シートは、石膏パネルを作製するための少なくとも１つのカバーシートとして使用される。いくつかの実施形態では、紙形成中にホウ酸で架橋されるＰＶＯＨによって少なくとも２つの紙プライを結合させることにより、フェーサーカバーシートのみが得られる。他の実施形態では、紙カバーシート、フェーサーカバーシートと、バッカーカバーシートとの両方は、紙形成中にホウ酸で架橋されるＰＶＯＨによって少なくとも２つの紙プライが一緒に結合されるマルチプライ紙で調製される。

この方法によって、壁板の重量を増加させずに、改善された引張強度を含む様々な技術的利点が達成される。

本発明を以下の非限定的な実施例によってさらに詳細に説明する。

以下のようにしてマルチプライ紙を調製した。ＰＶＯＨ粉末および水から３％ＰＶＯＨ溶液を調製した。３％ホウ酸溶液を水で調製した。

１００％ＤＬＫ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｌｉｎｅｄ Ｋｒａｆｔ）古紙をパルプ化し、６インチの英国ハンドシート用金型（Ｂｒｉｔｉｓｈ ｈａｎｄｓｈｅｅｔ ｍｏｌｄ）で１．５グラムのハンドシートを製造した。次いで、ハンドシートに、ＰＶＯＨ溶液およびホウ酸溶液の両方を噴霧して、表１に示すピックアップ速度を達成した。

別の１．５グラムのハンドシートを、ＰＶＯＨおよびホウ酸で処理した直後に、処理したハンドシート上に置いた。次いで、このマルチプライ紙をプレスし、２２０°Ｆで乾燥させた。次いで、７０°Ｆの温度および５０％の相対湿度に保持した室内で、マルチプライ紙シートを１６時間コンディショニングした。上記のように２つのハンドシートから対照マルチプライ紙シートを調製したが、３％ＰＶＯＨ／３％ホウ酸によるプライの処理は省略した。

全てのサンプルを引張強度、透気性、およびキャリパーについて分析した。これらの測定の結果を表１に報告する。表１から分かるように、ホウ酸で架橋される非イオン性バインダーを有するマルチプライ紙カバーシート中の結合プライは、紙の引張強度を最大約２０％増加させる。キャリパー値が試験サンプルと対照との間で有意に増加しなかったため、引張強度のこの増加は、紙重量の有意な増加無しに達成される。さらに、ホウ酸で架橋される非イオン性バインダーを使用して紙プライを結合しても、乾燥紙の透気性値は増加しない。

Claims (10)

1. 壁板パネルを作製する方法であって、
   −紙パルプから紙プライを形成することと、
   −前記紙プライのうちの少なくともいくつかにＰＶＯＨ（ポリビニルアルコール）を噴霧することと、
   −前記紙プライのうちの少なくともいくつかにホウ酸溶液を噴霧することと、
   −前記紙プライを重ね合わせてマルチプライ紙シートを形成することと、
   −前記マルチプライ紙シートをプレスして乾燥させることと、
   −石膏スラリーを調製することと、
   −２つの紙シートの間に前記石膏スラリーを堆積させることであって、前記２つの紙シートのうちの少なくとも１つが前記マルチプライ紙シートであり、前記マルチプライ紙シートは、少なくとも１つの充填材プライと少なくとも１つのライナープライとを含む、堆積させることと、
   −前記壁板パネルを形成することと、を含む、方法。
2. ＰＶＯＨおよびホウ酸が、以下のプライ、すなわち、２つの充填材プライ、充填材プライおよびライナープライ、ならびに２つのライナープライのうちの少なくとも１つの間に噴霧され、ホウ酸を噴霧することはまた、殺菌処理であり、真菌および細菌の増殖に対する前記マルチプライ紙シートの耐性を改善する、請求項１に記載の方法。
3. 第１のプライの表面にＰＶＯＨが適用され、一方でホウ酸が第２のプライの表面に適用され、次いで、前記ＰＶＯＨで処理された表面が前記ホウ酸で処理された表面と接触するように前記第１のプライと前記第２のプライとが重ね合わされる、請求項１に記載の方法。
4. ＰＶＯＨポリマーが、超低重合度のポリマー、低重合度のポリマー、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記紙パルプが、クラフト、箱用板紙切りかす、フライリーフ裁落、および／または新聞、を含む再生された紙廃棄物を含む、請求項１に記載の方法。
6. ＰＶＯＨが、１重量％〜１０重量％の範囲の濃度を有する水系溶液として適用される、請求項１に記載の方法。
7. ホウ酸が、１重量％〜１０重量％の範囲の濃度を有する水系溶液として適用される、請求項１に記載の方法。
8. 請求項１に記載の方法によって得られる壁板。
9. ２つの紙カバーシートの間に配置された石膏コアを含む壁板であって、第１の紙カバーシートはフェーサーであり、第２の紙カバーシートはバッカーであり、両方の紙カバーシートがマルチプライ紙カバーシートであり、前記２つの紙カバーシートの各々における少なくとも２つのプライが、ホウ酸で架橋される非イオン性ポリマーバインダーで一緒に結合され、前記非イオン性ポリマーバインダーが、１２，０００〜２００，０００の範囲の平均分子量を有するＰＶＯＨポリマーまたはコポリマーであり、７０〜１００ｍｌ％加水分解される、壁板。
10. 前記フェーサー紙カバーシートが、１〜２つのライナープライで覆われた２〜７つの充填材プライを含む、請求項９に記載の壁板。