JP3191552U - 軽量石膏ボード - Google Patents
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Abstract
【課題】気泡間の壁の厚さ及び強度を増強して、ウォールボードの強度及び取り扱い特性を実質的に向上させた固有の微小構造を有する石膏ウォールボードを提供する。
【解決手段】2枚のカバーシートの間に配置された固化石膏コアを含む軽量石膏ボードであって、前記固化石膏コアは、水、スタッコ、デンプン、並びにガラス繊維及び/又は紙繊維を含むスラリーから形成される。前記デンプンは、スタッコの重量に基づいて0.5重量%〜10重量%の量で存在するアルファ化デンプンを含み、前記固化石膏コアは石膏結晶マトリックスを含み、前記石膏結晶マトリックスは前記石膏結晶マトリックス内に気泡を画定し隔てる壁を有する。前記気泡間の前記壁の平均厚さは、30ミクロンより大きく、前記石膏結晶マトリックスは、ASTM C−473に基づいて、前記固化石膏コアの平均コア硬度が少なくとも11ポンド(約5kg)となるように形成され、前記軽量石膏ボードの密度が35pcf(約560kg/m3)以下である。
【選択図】図20
【解決手段】2枚のカバーシートの間に配置された固化石膏コアを含む軽量石膏ボードであって、前記固化石膏コアは、水、スタッコ、デンプン、並びにガラス繊維及び/又は紙繊維を含むスラリーから形成される。前記デンプンは、スタッコの重量に基づいて0.5重量%〜10重量%の量で存在するアルファ化デンプンを含み、前記固化石膏コアは石膏結晶マトリックスを含み、前記石膏結晶マトリックスは前記石膏結晶マトリックス内に気泡を画定し隔てる壁を有する。前記気泡間の前記壁の平均厚さは、30ミクロンより大きく、前記石膏結晶マトリックスは、ASTM C−473に基づいて、前記固化石膏コアの平均コア硬度が少なくとも11ポンド(約5kg)となるように形成され、前記軽量石膏ボードの密度が35pcf(約560kg/m3)以下である。
【選択図】図20
Description
この出願は2006年11月2日出願の米国特許出願第11/592,481号明細書の一部継続出願であって、これは2006年6月7日出願の米国特許出願第11/449,177号明細書の一部継続出願であって、および、これはまた、2006年6月2日出願の米国特許出願第11/445,906号明細書の一部継続出願であって、これらの各々は、2005年6月9日に出願の米国仮特許出願第60/688,839号明細書の利益を主張する。前述の特許出願の各々の全開示は、参照により本明細書に援用されている。
本考案は、強化高密度化表面を備える著しく厚い壁を有する大型の気泡を含む微小構造を有する軽量石膏ウォールボードに関する。本考案はまた、この微小構造を有する軽量ウォールボードを形成する方法に関する。
石膏(硫酸カルシウム二水和物)は、一定の特性により、石膏ウォールボードなどの工業製品および建築製品の形成における使用にきわめて一般的とされている。石膏は豊富であると共に一般に安価な原料であり、これは、脱水プロセスおよび再水和プロセスを介して、有用な形状に、キャストされ、成形され、または、他の方法で形成されることが可能である。石膏ウォールボードおよび他の石膏製品が形成される基材は、硫酸カルシウム(CaSO4・2H2O)の二水和物形態の熱転換により1−1/2水分子が除去されて製造される、通例「スタッコ」と呼ばれる硫酸カルシウム(CaSO4・1/2H2O)の半水和物形態である。
石膏ウォールボードなどの従来の石膏含有製品は低価格および易加工性などの多くの利点を有するが、製品が切断またはドリルされると相当量の石膏粉塵が生成される可能性がある。このような製品の形成に用いられるスラリーにおける処方成分としてデンプンを用いる石膏含有製品の形成において種々の改良が達成されてきている。のりのようなアルファ化デンプンは、石膏ウォールボードを含む石膏含有製品の曲げ強さおよび圧縮強度を高めることが可能である。公知の石膏ウォールボードがデンプンを約10lbs/MSF未満のレベルで含有する。
スラリーの適切な流動性を確保するために、アルファ化デンプンを含有する石膏スラリー中において相当量の水を用いる必要もある。残念ながら、この水のほとんどは最終的には乾燥により除去されなければならず、これは、乾燥プロセスにおいて用いられる燃料のコストが高いために費用がかかる。この乾燥ステップはまた長い時間を要する。ナフタレンスルホン酸分散剤の使用はスラリーの流動度を高めることが可能であり、それ故、水要求量の問題が克服されることが見出された。加えて、使用レベルが十分に高い場合には、
ナフタレンスルホン酸分散剤はアルファ化デンプンと架橋して、乾燥後に石膏結晶に一緒に結合することが可能であり、それ故、石膏複合体の乾燥強度を高めることが可能であることもまた見出された。それ故、アルファ化デンプンとナフタレンスルホン酸分散剤との組み合わせは、固化した石膏結晶を一緒に結合するのり様効果をもたらす。トリメタリン酸塩は、石膏スラリーの水要求量に影響を与えると過去においては認識されていない。しかしながら、本考案者らは、特定の分散剤の存在下にトリメタリン酸塩のレベルをこれまで知られていないレベルにまで高めることで、高デンプンレベルの存在下であっても予想外に少ない水の量で適切なスラリー流動性を達成することが可能となることを発見した。
これは、次いで、乾燥のための燃料使用量が低減され、ならびに、その後の水除去プロセスステップに関連するプロセス時間が短縮されるために、当然のことながら非常に望ましい。それ故、本考案者らはまた、石膏ボードの乾燥強度は、ウォールボードの形成に用いられるスラリーにおいて、ナフタレンスルホン酸分散剤をアルファ化デンプンと組み合わせて用いることにより増大させることが可能であることも発見した。
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これは、次いで、乾燥のための燃料使用量が低減され、ならびに、その後の水除去プロセスステップに関連するプロセス時間が短縮されるために、当然のことながら非常に望ましい。それ故、本考案者らはまた、石膏ボードの乾燥強度は、ウォールボードの形成に用いられるスラリーにおいて、ナフタレンスルホン酸分散剤をアルファ化デンプンと組み合わせて用いることにより増大させることが可能であることも発見した。
本考案の石膏ウォールボードは、表面板を有さない吸音板またはタイルとは区別されるべきである。また、本考案のウォールボードは、ポリスチレンを軽量凝集体として含む吸音板またはタイルとは区別されるべきである。重要なことに、前述の吸音板およびタイルは、石膏ウォールボードに適用されるASTM規格の多くに適合しない。例えば、公知の吸音板は、本考案のものを含む石膏ウォールボードに要求される曲げ強さは有さない。反対に、吸音板またはタイルをASTM規格に適合させるためには、吸音板またはタイルの露出した表面が、石膏ウォールボードには望ましくないであろう中空の気泡または凹部を有することが求められ、釘引抜き耐性および表面硬度特性に悪影響を及ぼすであろう。
粉塵の発生が、すべてのウォールボードを設置する際の潜在的な問題である。石膏ウォールボードが、例えば、切断、鋸引き、ルータ加工、スナッピング、釘打あるいはねじ込み、またはドリリングにより加工される場合、相当の量の石膏粉塵が発生する可能性がある。本開示の目的に関して、「粉立(dusting)」および「粉塵発生」とは、例えば、ウォールボードの切断、鋸引き、ルータ加工、けがき/スナッピング、釘打あるいはねじ込み、またはドリリングによる石膏含有製品の加工の最中の、風媒性の粉塵の周囲の作業空間への放出を意味する。加工はまた、一般に、通常のボードの取り扱いを含むことが可能であり、輸送、運搬および設置中のボードの偶発的なスナッピングおよびガウジングで生じる粉塵が含まれる。このような粉塵発生が顕著に低減された低密度ウォールボードを製造するための方法を見出すことができれば、これは、技術分野に対する特に有用な寄与を表すであろう。
しかも、ボード重量を軽量化しながら石膏ウォールボードの強度を高める方法を見出すことができれば、これもまた、技術分野に対する特に有用な寄与となろう。公知のウォールボード製品中の気泡は、気泡間の壁厚が平均約20〜30ミクロンであって比較的薄い壁を有する。増大された厚さの壁および強化高密度化表面、従って、高い壁強度を有する気泡を含む微小構造を有する、新規のジャンルの石膏ウォールボードを提供することが可能であれば、当該技術分野に対する重要で、かつ、有用な寄与がなされるであろう。さらに、気泡間の壁の厚さおよび表面密度を増加させながら気泡サイズを大きくして、高い強度および取り扱い特性を有する低密度ウォールボードを製造する方法を見出すことができれば、これは、技術分野に対するさらに他の重要な寄与を表すこととなる。
本考案は、一般に、2枚の実質的に平行なカバーシートの間に形成された固化石膏コアを含む軽量石膏ウォールボードを含み、固化石膏コアは、少なくとも約30ミクロン〜約200ミクロンの平均厚および強化高密度化表面を有する壁を備える、固化石膏コア全体にわたって分散された気泡を有する。固化石膏コアは、水、スタッコ、スタッコの重量に基づいて約0.5重量%〜約10重量%の量で存在するアルファ化デンプン、スタッコの重量に基づいて約0.2重量%〜約2重量%の量で存在するナフタレンスルホン酸分散剤、スタッコの重量に基づいて約0.1重量%〜約0.4重量%の量で存在するトリメタリン酸ナトリウム、および任意により、スタッコの重量に基づいて約0.2重量%以下の量で存在するガラス繊維を含む石膏含有スラリーから形成されている。最後に、石鹸の泡が、約27pcf〜約30pcfの固化石膏コア密度をもたらすために効果的な量で存在するであろう。「pcf」という用語は、1立方フィート当たりのポンド(lb/ft3)として定義される。
本考案に基づいて形成された石膏ウォールボードは、高い強度を有しながら、従来のウォールボードよりもかなり軽い重量を有する。加えて、本考案の実施形態に基づいて形成された軽量石膏ウォールボードは、ウォールボードコアの微小構造を一緒に強化する強化された表面を有する著しく厚い壁を有する大型の気泡を有し、際立った強度および取り扱い特性を有するウォールボードを提供することが見出された。加えて、際立った強度および取り扱い特性を有するこのような軽量石膏ボードの形成方法を説明する。
スタッコ、アルファ化デンプン、ナフタレンスルホン酸分散剤、トリメタリン酸ナトリウム、任意によりガラス繊維、および適切な量の石鹸の泡を含む石膏含有スラリーを用いて形成された石膏ウォールボードは大きい気泡容積をもたらし、ここで、気泡を囲う(従って、気泡の間の)壁は、実質的により厚いと共に強化された表面を有し、従って、従来のウォールボード中に見られる気泡よりも強いことが予想外に見出された。大きい気泡容積はボード密度および重量を低減させると共に、より厚い強化された壁は、固化石膏コアの微小構造を強化することによってウォールボードをより強くする。その結果、本考案に基づいて形成された仕上軽量ウォールボードは、際立った釘引抜き強度、曲げ強さ、コア/エッジ硬度、および他の非常に望ましい特性を有する。さらに、好ましい一実施形態において、本考案に基づいて形成された1/2インチ仕上軽量石膏ウォールボードの乾燥重量は、約27pcf〜約30pcfの低ボードコア密度を有して、約1150lb/MSF〜約1260lb/MSFの範囲であることが可能である。
石鹸の泡の導入は、平均で、直径約100ミクロン未満であるが、一般に、直径約10ミクロン超、および、好ましくは直径約20ミクロン超、およびより好ましくは直径約50ミクロン超であることが可能である小さな気泡(バブル)をもたらす。本考案は、これらの小さいエアバブルが、蒸発性の水泡(一般に直径約5ミクロン以下、通常は直径約2ミクロン未満)と共に、一般に、仕上ウォールボード製品における固化石膏コア全体に均等に分布されていることを必要とする。例えば、固化石膏コアは約75%〜約95%、および、好ましくは約80%〜約92%の総気泡容積を有することが可能であり、ここで、
総気泡容積の少なくとも60%が約10ミクロン超の平均直径を有する気泡を含み、総気泡容積の少なくとも10%が約5ミクロン未満の平均直径を有する水泡を含む。気泡および水泡として約80%〜約92%の固化石膏コアの総気泡容積(総コア気泡容積)を有する、この様式で調製された低密度ボードコアは、粉塵発生が顕著に低減されると共に風媒性とならないように、ボードの切断、鋸引き、ルータ加工、スナッピング、釘打あるいはねじ込み、またはドリリングに曝された気泡中に、相当の量の微細な粉塵および他のデブリを捕捉すると考えられている。より好ましくは、本ウォールボードの固化石膏コアは、
平均で直径約50ミクロン〜直径約300ミクロンの範囲にある気泡を有することが可能である。
総気泡容積の少なくとも60%が約10ミクロン超の平均直径を有する気泡を含み、総気泡容積の少なくとも10%が約5ミクロン未満の平均直径を有する水泡を含む。気泡および水泡として約80%〜約92%の固化石膏コアの総気泡容積(総コア気泡容積)を有する、この様式で調製された低密度ボードコアは、粉塵発生が顕著に低減されると共に風媒性とならないように、ボードの切断、鋸引き、ルータ加工、スナッピング、釘打あるいはねじ込み、またはドリリングに曝された気泡中に、相当の量の微細な粉塵および他のデブリを捕捉すると考えられている。より好ましくは、本ウォールボードの固化石膏コアは、
平均で直径約50ミクロン〜直径約300ミクロンの範囲にある気泡を有することが可能である。
一実施形態においては、気泡の壁は、平均で、平均厚約30ミクロン超、約200ミクロン以下を有する。好ましくは、気泡の壁厚は、平均で少なくとも約50ミクロンである。より好ましくは、気泡の壁厚は、平均で、約70ミクロン〜約120ミクロンである。
加えて、図15〜19に示されているとおり、より小さい結晶サイズ(特にきわめて小さい、きわめて微細な針としての)および結晶のより高密度の充填は、より厚い気泡壁を形成する役割を有する。
加えて、図15〜19に示されているとおり、より小さい結晶サイズ(特にきわめて小さい、きわめて微細な針としての)および結晶のより高密度の充填は、より厚い気泡壁を形成する役割を有する。
壁の表面の強化は、アルファ化デンプン/分散剤/トリメタリン酸ナトリウムが、ボードの最初の乾燥の最中に気泡表面に移行して壁表面の針の隙間を埋め、これにより、表面を緻密化することでもたらされると考えられている。これは固化石膏コアの微小構造を強化し、高い強度および増強された取り扱い特質を有するウォールボードをもたらす。得られる強化高密度化表面は、例えば、図15中の「A」で見ることが可能であり、ここで、
図示された高密度化領域は壁の表面に沿って延びる。この強化された表面は、移行したアルファ化デンプン、分散剤、およびトリメタリン酸ナトリウムを含むと考えられている一方で、本考案者らは、この説明に束縛されることは意図しておらず、強化された表面はこれらの物質の全3種未満を含んでいてもよく、実際に、異なる供給源またはメカニズムに由来していてもよいと認識する。
図示された高密度化領域は壁の表面に沿って延びる。この強化された表面は、移行したアルファ化デンプン、分散剤、およびトリメタリン酸ナトリウムを含むと考えられている一方で、本考案者らは、この説明に束縛されることは意図しておらず、強化された表面はこれらの物質の全3種未満を含んでいてもよく、実際に、異なる供給源またはメカニズムに由来していてもよいと認識する。
好ましい実施形態において、軽量石膏ウォールボードは、2枚の実質的に平行なカバーシートの間に形成された固化石膏コア、固化石膏コア全体にわたって分散された気泡を有する固化石膏コアを含み、気泡は、強化高密度化表面を有する厚くされた壁により画定されている。好ましい固化石膏コアは、水、スタッコ、スタッコの重量に基づいて約0.5重量%〜約10重量%の量で存在するアルファ化デンプン、スタッコの重量に基づいて約0.2重量%〜約2重量%の量で存在するナフタレンスルホン酸分散剤、スタッコの重量に基づいて約0.1重量%〜約0.4重量%の量で存在するトリメタリン酸ナトリウム、
および任意によりスタッコの重量に基づいて約0.2重量%以下の量で存在するガラス繊維を含む石膏含有スラリーから形成されている。
および任意によりスタッコの重量に基づいて約0.2重量%以下の量で存在するガラス繊維を含む石膏含有スラリーから形成されている。
硫酸カルシウム半水和物(スタッコ)の再水和および結果的な硬化は、特定の理論量の水(1−1/2モル水/1モルのスタッコ)を、硫酸カルシウム二水和物結晶を形成するために必要とする。しかしながら、商業的プロセスは、一般に、過剰量の水を要求する。
この過剰量のプロセス水は、一般に実質的に不規則な形状であると共に、他の水泡と相互に連続もしている石膏結晶マトリックス中に蒸発性の水泡をもたらして、固化石膏結晶の間の一般に連続的なネットワーク中に不規則なチャネルを形成する。対照的に、気泡(バブル)は、石鹸の泡を用いて石膏スラリー中に導入される。これらの気泡は、一般に、球状/丸い形状であると共に、一般に他の気泡からは分離されていて、それ故、一般に非連続的でもある。これらの水泡は、気泡の壁中に分布されていることが可能である(例えば、図8〜10を参照のこと)。
この過剰量のプロセス水は、一般に実質的に不規則な形状であると共に、他の水泡と相互に連続もしている石膏結晶マトリックス中に蒸発性の水泡をもたらして、固化石膏結晶の間の一般に連続的なネットワーク中に不規則なチャネルを形成する。対照的に、気泡(バブル)は、石鹸の泡を用いて石膏スラリー中に導入される。これらの気泡は、一般に、球状/丸い形状であると共に、一般に他の気泡からは分離されていて、それ故、一般に非連続的でもある。これらの水泡は、気泡の壁中に分布されていることが可能である(例えば、図8〜10を参照のこと)。
粉塵捕捉の効力は固化石膏コアの組成に応じる。ナフタレンスルホン酸分散剤は、使用レベルが十分に高ければ、アルファ化デンプンに架橋して乾燥後に石膏結晶を一緒に結合し、それ故、石膏複合体の乾燥強度を高めることが可能であることが見出された。
さらに、ここにきて、アルファ化デンプンとナフタレンスルホン酸分散剤との組み合わせ(有機相)は、固化石膏結晶を一緒に結合する際にのり様効果をもたらし、ならびに、
この配合物が特定の気泡容積および気泡分布と組み合わされる場合、仕上ウォールボードのけがき/スナッピングの際にはより大きなサイズの破片が発生することが、予想外に見出された。この結果は、本考案の増大された壁厚および強化された高密度化壁表面微小構造によってさらに強調される。より大きな石膏破片は、一般に、風媒性の低い粉塵をもたらす。対照的に、従来のウォールボード配合物が用いられる場合、より小さな破片が発生し、それ故、より多くの粉塵が発生する。例えば、従来のウォールボードは、鋸での切断の際に、約20〜30ミクロンの平均直径、および、約1ミクロンの最小直径を有する粉塵破片を発生させる可能性がある。対照的に、本考案の石膏ウォールボードは、鋸での切断の際に、約30〜50ミクロンの平均直径、および、約2ミクロンの最小直径を有する粉塵破片を発生させ;けがき/スナッピングは、さらに大きな破片をもたらすことが可能である。
この配合物が特定の気泡容積および気泡分布と組み合わされる場合、仕上ウォールボードのけがき/スナッピングの際にはより大きなサイズの破片が発生することが、予想外に見出された。この結果は、本考案の増大された壁厚および強化された高密度化壁表面微小構造によってさらに強調される。より大きな石膏破片は、一般に、風媒性の低い粉塵をもたらす。対照的に、従来のウォールボード配合物が用いられる場合、より小さな破片が発生し、それ故、より多くの粉塵が発生する。例えば、従来のウォールボードは、鋸での切断の際に、約20〜30ミクロンの平均直径、および、約1ミクロンの最小直径を有する粉塵破片を発生させる可能性がある。対照的に、本考案の石膏ウォールボードは、鋸での切断の際に、約30〜50ミクロンの平均直径、および、約2ミクロンの最小直径を有する粉塵破片を発生させ;けがき/スナッピングは、さらに大きな破片をもたらすことが可能である。
より軟質のウォールボードにおいては、粉塵は、水泡および気泡の両方において捕捉されることが可能である(例えば、単一の結晶粉塵としての小さい石膏針の捕捉)。より硬質のウォールボードは、固化石膏コアのより大きな塊または破片がこれらのボードの加工で発生するために、気泡における粉塵の捕捉が好まれる。この場合、粉塵破片は水泡に対しては大きすぎるが、気泡中には閉じ込められる。本考案の一実施形態によれば、固化石膏コア中における好ましい気泡/孔径分布を導入することにより、粉塵の捕捉の増大を達成することが可能である。空気および水泡の分布として、小さいおよび大きい気泡サイズの分布を有することが好ましい。一実施形態においては、好ましい気泡分布は、石鹸の泡を用いて調製することが可能である。以下の実施例6および7を参照のこと。
固化石膏コア中の気泡(約10ミクロン超)対水泡(約5ミクロン未満)の比は、約1.8:1〜約9:1の範囲であることが可能である。固化石膏コア中の気泡(約10ミクロン超)対水泡(約5ミクロン未満)の好ましい比は、約2:1〜約3:1の範囲であることが可能である。一実施形態においては、固化石膏コア中の気泡/孔径分布は、計測された全気泡のパーセンテージとして、約10〜30%の約5ミクロン未満の気泡〜約70〜90%の約10ミクロン超の気泡の範囲であるべきである。換言すると、固化石膏コア中の気泡(10ミクロン超)対水泡(5ミクロン未満)の比は、約2.3:1〜約9:1の範囲である。好ましい実施形態において、固化石膏コア中の気泡/孔径分布は、計測された全気泡のパーセンテージとしての、約30〜35%の約5ミクロン未満の気泡〜約65〜70%の約10ミクロン超の気泡の範囲であるべきである。換言すると、固化石膏コア中の気泡(10ミクロン超)対水泡(5ミクロン未満)の比は約1.8:1〜約2.3:1の範囲である。
平均気泡(バブル)サイズは直径約100ミクロン未満であることが好ましい。好ましい実施形態において、固化石膏コア中の気泡/孔径分布は:約100ミクロン超(20%)、約50ミクロン〜約100ミクロン(30%)、および約50ミクロン未満(50%)である。すなわち、好ましい気泡/孔径中央値は約50ミクロンである。
気泡は、発泡低密度固化石膏コアとカバーシートとの間の結合強度を低減させる可能性がある。容積基準で複合体石膏ボードの半分超が泡による気泡から構成され得るため、泡は、発泡低密度固化石膏コアと紙カバーシートとの間の接合に干渉する可能性がある。これは、上面カバーシートあるいは底面カバーシートの一方、または、上面カバーシートおよび底面カバーシートの両方の石膏コア接触面上に、これらのカバーシートのコアへの適用に先立って、非発泡(または低発泡)接合性高密度層を任意により設けることにより対処される。この非発泡、代替的には、低発泡接合性高密度層配合物は、典型的には、石鹸がまったく添加されないか、または、実質的に少ない量の石鹸(泡)が添加されることとなること以外は、石膏スラリーコア配合物と同一となる。任意により、この接合性層を形成するために、泡をコア配合物から機械的に除去することが可能であり、または、異なる無泡配合物を発泡低密度固化石膏コア/表紙界面に適用することが可能である。
石鹸泡は、固化石膏コアにおける気泡(バブル)サイズおよび分布を導入することおよび制御すること、ならびに、固化石膏コアの密度を制御することが好ましい。石鹸の好ましい範囲は、約0.2lb/MSF〜約0.7lb/MSFであり;石鹸のより好ましいレベルは約0.45lb/MSF〜約0.5lb/MSFである。
石鹸泡は、所望の密度をもたらすために効果的な量、および、制御された様式で添加されなければならない。プロセスを制御するために、オペレータは、ボード形成ラインのヘッドを監視して、エンベロープの充填状態を維持しなければならない。エンベロープの充填状態が維持されない場合には、スラリーは必要な容積を充填することができないために、中空のエッジを有するウォールボードがもたらされてしまう。エンベロープ容積の充填状態は、石鹸の使用量を増やして、ボードの製造中のエアバブルの破裂を防止(エアバブルのより良好な保持のために)することにより、または、空気発泡速度を高めることにより維持される。それ故、一般に、エンベロープ容積は、石鹸の使用量を増減することにより、または、空気発泡速度を増減することにより制御されると共に調節される。ヘッド制御の技術分野は、石鹸の泡を添加してスラリー容積を増加させることによる、または、石鹸の泡の使用量を増やしてスラリー容積を低減させることによる、テーブル上での「動的スラリー」への調節を含む。
本考案の一実施形態によれば、スタッコ、アルファ化デンプン、およびナフタレンスルホン酸分散剤を含有する石膏含有スラリーから形成された仕上石膏含有製品が提供されている。ナフタレンスルホン酸分散剤は、乾燥スタッコの重量に基づいて約0.1%〜3.0重量%の量で存在する。アルファ化デンプンは、配合物中の乾燥スタッコの重量に基づいて少なくとも約0.5重量%以下〜約10重量%の量で存在する。スラリー中において用いられ得る他の処方成分としては、バインダ、防水剤、紙繊維、ガラス繊維、クレイ、殺生剤、および促進剤が挙げられる。本考案は、新たに配合された石膏含有スラリーに石鹸の泡を添加して、例えば石膏ウォールボードといった仕上石膏含有製品の密度を低減させること、ならびに、固化石膏コア中の小さい気泡(バブル)および水泡の形態での、約75%〜約95%、および、好ましくは約80%〜約92%の総気泡容積の導入により粉立を制御することが必要である。好ましくは、平均孔径分布は、約1ミクロン(水泡)〜約40〜50ミクロン(気泡)であろう。
場合により、約0.5重量%以下〜約10重量%アルファ化デンプン、約0.1重量%以下〜約3.0重量%ナフタレンスルホン酸分散剤、および最低でも少なくとも約0.12重量%以下〜約0.4重量%トリメタリン酸塩(すべては石膏スラリー中に用いられる乾燥スタッコの重量に基づく)の組み合わせは、石膏スラリーの流動度を予想外に、かつ、顕著に増加させる。これは、石膏ウォールボードなどの石膏含有製品の形成に用いられるために十分な流動性を有する石膏スラリーを製造するために必要とされる水の量を実質的に低減させる。標準的な配合物(トリメタリン酸ナトリウムとして)の少なくとも約2倍であるトリメタリン酸塩のレベルが、ナフタレンスルホン酸分散剤の分散剤活性を増進させると考えられている。
ナフタレンスルホン酸分散剤は、本考案に基づいて調製された石膏含有スラリー中に用いられなければならない。本考案において用いられるナフタレンスルホン酸分散剤としては、ナフタレンスルホン酸およびホルムアルデヒドの縮合物である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ン酸塩)および誘導体が挙げられる。特に望ましいポリナフタレンスルホン酸塩としては、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。ナフタレンスルホン酸塩の平均分子量は、約3,000〜27,000の範囲であることが可能であるが、分子量は、約8,000〜22,000であり、
より好ましくは分子量は約12,000〜17,000であることが好ましい。市販の製品としては、より高分子量の分散剤は、低分子量分散剤より高い粘度、および、より低固形分含有量を有する。有用なナフタレンスルホン酸塩としては、Cleveland,OhioのGEO Specialty Chemicals製のDILOFLO;Lexington,MassachusettsのHampshire Chemical Corp.製のDAXAD;および、Lafayette,IndianaのGEO Specialty Chemicals製のLOMAR Dが挙げられる。ナフタレンスルホン酸塩は、例えば35〜55重量%固形分含有量の範囲で水溶液として用いられることが好ましい。例えば約40〜45重量%固形分含有量の範囲で、水溶液の形態のナフタレンスルホン酸塩を用いることが最も好ましい。代替的に、適切な場合には、ナフタレンスルホン酸塩は、例えばLOMAR Dなどの乾燥固体または粉末形態で用いられることが可能である。
より好ましくは分子量は約12,000〜17,000であることが好ましい。市販の製品としては、より高分子量の分散剤は、低分子量分散剤より高い粘度、および、より低固形分含有量を有する。有用なナフタレンスルホン酸塩としては、Cleveland,OhioのGEO Specialty Chemicals製のDILOFLO;Lexington,MassachusettsのHampshire Chemical Corp.製のDAXAD;および、Lafayette,IndianaのGEO Specialty Chemicals製のLOMAR Dが挙げられる。ナフタレンスルホン酸塩は、例えば35〜55重量%固形分含有量の範囲で水溶液として用いられることが好ましい。例えば約40〜45重量%固形分含有量の範囲で、水溶液の形態のナフタレンスルホン酸塩を用いることが最も好ましい。代替的に、適切な場合には、ナフタレンスルホン酸塩は、例えばLOMAR Dなどの乾燥固体または粉末形態で用いられることが可能である。
本考案において有用なポリナフタレンスルホン酸塩は、一般構造(I):
を有し、式中、nは>2であると共に、式中、Mはナトリウム、カリウム、カルシウム等である。
好ましくは約45重量%水溶液としてのナフタレンスルホン酸分散剤は、石膏複合体配合物中に用いられる乾燥スタッコの重量に基づいて約0.5%〜約3.0重量%の範囲で用いられ得る。ナフタレンスルホン酸分散剤のより好ましい範囲は、乾燥スタッコの重量に基づいて約0.5%〜約2.0重量%であり、および最も好ましい範囲は、乾燥スタッコの重量に基づいて約0.7%〜約2.0重量%である。対照的に、公知の石膏ウォールボードは、この分散剤を、乾燥スタッコの重量に基づいて約0.4重量%以下のレベルで含有する。
換言すると、ナフタレンスルホン酸分散剤は、乾燥重量基準で、石膏複合体配合物中に用いられ得る乾燥スタッコの重量に基づいて約0.1%〜約1.5重量%の範囲で用いられ得る。ナフタレンスルホン酸分散剤のより好ましい範囲は、乾燥固形分基準で、乾燥スタッコの重量に基づいて約0.25%〜約0.7重量%であり、および、最も好ましい範囲(乾燥固形分基準で)は乾燥スタッコの重量に基づいて約0.3%〜約0.7重量%である。
石膏含有スラリーは、任意により、例えばトリメタリン酸ナトリウムといったトリメタリン酸塩を含有することが可能である。いずれかの好適な水溶性メタリン酸塩またはポリリン酸塩を本考案に基づいて用いることが可能である。2個のカチオンを有するトリメタリン酸塩である複塩を含む、トリメタリン酸塩が用いられることが好ましい。特に有用なトリメタリン酸塩としては、トリメタリン酸ナトリウム、トリメタリン酸カリウム、トリメタリン酸カルシウム、トリメタリン酸ナトリウムカルシウム、トリメタリン酸リチウム、トリメタリン酸アンモニウム等、またはこれらの組み合わせが挙げられる。好ましいトリメタリン酸塩はトリメタリン酸ナトリウムである。水溶液としてのトリメタリン酸塩を、例えば、約10〜15重量%固形分含有量の範囲で用いることが好ましい。本明細書において参照により援用される、Yuらへの米国特許第6,409,825号明細書に記載されているとおり、他の環式または非環式ポリリン酸塩もまた用いられることが可能である。
トリメタリン酸ナトリウムは、一般に、石膏スラリー中に用いられる乾燥スタッコの重量に基づいて約0.05%〜約0.08重量%の範囲で用いられるが、石膏含有組成物において公知の添加剤である。本考案の実施形態において、トリメタリン酸ナトリウム(または他の水溶性メタリン酸塩あるいはポリリン酸塩)は、石膏複合体配合物中に用いられる乾燥スタッコの重量に基づいて約0.10%〜約0.4重量%の範囲で存在することが可能である。トリメタリン酸ナトリウム(または他の水溶性メタリン酸塩またはポリリン酸塩)の好ましい範囲は、石膏複合体配合物中に用いられる乾燥スタッコの重量に基づいて約0.12%〜約0.3重量%である。
スタッコにはαおよびβの2種の形態がある。これらの2種のタイプのスタッコは、異なるか焼手段により生成される。本考案においては、スタッコのβまたはα形態のいずれが用いられてもよい。
特にアルファ化デンプンを含むデンプンが、本考案に基づいて調製される石膏含有スラリーにおいて用いられなければならない。好ましいアルファ化デンプンは、以下の典型的な分析値を有する例えばSt.Louis,MissouriのBunge Milling製のアルファ化コーンフラワーといったアルファ化コーンデンプンである:水分7.5%、タンパク質8.0%、油0.5%、粗繊維0.5%、灰分0.3%;0.48psiの生強度を有し;および35.0lb/ft3の粗嵩密度を有する。アルファ化コーンデンプンは、石膏含有スラリーにおいて用いられる乾燥スタッコの重量に基づいて少なくとも約0.5重量%以下〜約10重量%の量で用いられるべきである。より好ましい実施形態において、アルファ化デンプンは、石膏含有スラリー中において用いられる乾燥スタッコの重量に基づいて約0.5重量%〜約4重量%の量で存在する。
本考案者らは、乾燥強度(特にウォールボードにおける)の予想外の増加を、約0.1重量%〜3.0重量%ナフタレンスルホン酸分散剤の存在下に、少なくとも約0.5重量%以下〜約10重量%アルファ化デンプン(好ましくはアルファ化コーンデンプン)を用いることにより達成することが可能であることをさらに発見した(デンプンおよびナフタレンスルホン酸レベルは、配合物中に存在する乾燥スタッコの重量に基づく)。この予想外の結果は、水溶性トリメタリン酸塩またはポリリン酸塩の存在に関わらず達成することが可能である。
加えて、アルファ化デンプンは、本考案に基づいて形成される乾燥石膏ウォールボードにおいて少なくとも約10lb/MSF以上のレベルで用いられることが可能であり、さらに、高い強度および低重量を達成することが可能であることが予想外に見出された。石膏ウォールボードにおける35〜45lb/MSFもの高さのレベルのアルファ化デンプンが効果的であることが証明されている。例として、以下の表1および2に示されている配合物Bは45lb/MSFを含むが、それでもなお、優れた強度を有する1042lb/MSFのボード重量をもたらした。この例(配合物B)においては、45重量%水溶液としてのナフタレンスルホン酸分散剤を1.28重量%のレベルで用いた。
ナフタレンスルホン酸分散剤とトリメタリン酸塩との組み合わせが、アルファ化コーンデンプン、および、任意により、紙繊維またはガラス繊維と組み合わされる場合に、本考案ではさらなる予想外の結果が達成され得る。これらの3種の処方成分を含有する配合物から形成された石膏ウォールボードは、高い強度および低い重量を有すると共に、製造における水要求量が少ないために経済的により望ましい。紙繊維の有用なレベルは、乾燥スタッコの重量に基づいて約2重量%以下の範囲であることが可能である。ガラス繊維の有用なレベルは、乾燥スタッコの重量に基づいて約2重量%以下の範囲であることが可能である。
本明細書において参照により援用されるYuらへの米国特許第6,409,825号明細書に記載のとおり、促進剤を、本考案の石膏含有組成物において用いることが可能である。1種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)の乾式粉砕から形成されることが可能である。糖質、ブドウ糖、硼酸、およびデンプンなどの少量の添加剤(通常は約5重量%)をこのHRAを形成するために用いることが可能である。現在では糖質、またはブドウ糖が好ましい。他の有用な促進剤は、本明細書において参照により援用される米国特許第3,573,947号明細書に記載されている「天候安定性促進剤」または「天候安定促進剤」(CSA)である。
水/スタッコ(w/s)比は、過剰量の水は最終的には加熱により除去されなければならないために重要なパラメータである。本考案の実施形態において、好ましいw/s比は約0.7〜約1.3である。
他の石膏スラリー添加剤としては、促進剤、バインダ、防水剤、紙繊維またはガラス繊維、クレイ、殺生剤、および他の公知の構成成分を挙げることが可能である。
カバーシートは従来の石膏ウォールボードにあるような紙で形成されていてもよいが、
当該技術分野において公知である他の有用なカバーシート材料(例えば、繊維状ガラスマット)が用いられてもよい。紙カバーシートは石膏ウォールボードに強度特質をもたらす。有用カバーシート紙としては、Chicago,IllinoisのUnited States Gypsum Corporation製のManila 7−plyおよびNews−Line 5−ply;Newport,IndianaのCaraustar製のGrey−Back 3−plyおよびManila Ivory 3−ply;Chicago,IllinoisのUnited States Gypsum Corporation製のManila厚紙およびMH Manila HT(高張力)紙が挙げられる。紙カバーシートは、上面カバーシートまたは表紙、および、底面カバーシートまたは裏紙を含む。好ましい裏カバーシート紙は5−ply News−Lineである。好ましい表カバーシート紙としては、MH Manila HT(高張力)紙およびManila 7−plyが挙げられる。
当該技術分野において公知である他の有用なカバーシート材料(例えば、繊維状ガラスマット)が用いられてもよい。紙カバーシートは石膏ウォールボードに強度特質をもたらす。有用カバーシート紙としては、Chicago,IllinoisのUnited States Gypsum Corporation製のManila 7−plyおよびNews−Line 5−ply;Newport,IndianaのCaraustar製のGrey−Back 3−plyおよびManila Ivory 3−ply;Chicago,IllinoisのUnited States Gypsum Corporation製のManila厚紙およびMH Manila HT(高張力)紙が挙げられる。紙カバーシートは、上面カバーシートまたは表紙、および、底面カバーシートまたは裏紙を含む。好ましい裏カバーシート紙は5−ply News−Lineである。好ましい表カバーシート紙としては、MH Manila HT(高張力)紙およびManila 7−plyが挙げられる。
繊維状マットもまた、カバーシートの一方または両方として用いられ得る。1種の有用な繊維状マットは、ガラス繊維のフィラメントが接着剤により一緒に接合されているガラス繊維マットである。繊維状マットは、ガラス繊維のフィラメントが接着剤によって一緒に接合されている不織ガラス繊維マットであることが好ましいであろう。最も好ましくは、不織ガラス繊維マットは、厚い樹脂コーティングを有するであろう。例えば、約1.2〜2.0lb/100ft2の重量を有すると共にマット重量の約40〜50%が樹脂コーティングに由来する、Johns−Manville製のDuraglass不織ガラス繊維マットを用いることが可能である。他の有用な繊維状マットとしては、これらに限定されないが、織ガラスマットおよび非セルロース系布が挙げられる。
以下の実施例が本考案をさらに説明する。これらは、本考案の範囲を如何様にも限定するとして解釈されるべきではない。
実施例1
サンプル石膏スラリー配合物
石膏スラリー配合物が以下の表1に示されている。表1中のすべての値は、乾燥スタッコの重量に基づく重量パーセントとして表記されている。括弧中の値は、ポンドでの乾燥重量(lb/MSF)である。
サンプル石膏スラリー配合物
石膏スラリー配合物が以下の表1に示されている。表1中のすべての値は、乾燥スタッコの重量に基づく重量パーセントとして表記されている。括弧中の値は、ポンドでの乾燥重量(lb/MSF)である。
実施例2
ウォールボードの調製
サンプル石膏ウォールボードを、本明細書において参照により援用される、Yuらへの米国特許第6,342,284号明細書およびYuらへの6,632,550号明細書に準拠して調製した。これらの特許の実施例5に記載されている、個別の泡の発生および他の処方成分のすべてスラリーへの泡の導入が含まれる。
ウォールボードの調製
サンプル石膏ウォールボードを、本明細書において参照により援用される、Yuらへの米国特許第6,342,284号明細書およびYuらへの6,632,550号明細書に準拠して調製した。これらの特許の実施例5に記載されている、個別の泡の発生および他の処方成分のすべてスラリーへの泡の導入が含まれる。
実施例1の配合物AおよびBを用いて形成した石膏ウォールボード、ならびに、通常の対照ボードに対するテスト結果が以下の表2に示されている。この実施例および以下の他の実施例のとおり、釘引抜き耐性、コア硬度、および曲げ強さテストをASTM C−473に準拠して実施した。追加的に、典型的な石膏ウォールボードはおよそ1/2インチ厚であり、約1600〜1800ポンド/1,000平方フィートの材料またはlb/MSFの重量を有することに注目されたい。(「MSF」は、1000平方フィートについての技術分野における標準的な略記であり;箱、波型の媒体およびウォールボードについての面積計測値である。)
表2に示されているとおり、配合物AおよびBスラリーを用いて調製した石膏ウォールボードは、対照ボードと比して重量の顕著な低減を有する。表1を再度参照すると、配合物Aボード対配合物Bボードの比較が最も顕著である。水/スタッコ(w/s)比は配合物Aおよび配合物Bにおいて類似している。顕著に高いレベルのナフタレンスルホン酸分散剤もまた配合物Bにおいて用いられている。また、配合物Bにおいては、配合物Aの100%超の増加である約6重量%もの実質的により多量のアルファ化デンプンを用いたところ、これは、著しい強度の増加を伴った。そうであっても、必要とされる流動性をもたらすための水要求量は、配合物Bスラリーにおいては少ないままであり、配合物Aと比してその差は約10%である。両方の配合物における低い水要求量は、実質的により高いレベルのアルファ化デンプンの存在下においても石膏スラリーの流動度を高める、石膏スラリー中のナフタレンスルホン酸分散剤とトリメタリン酸ナトリウムとの組み合わせの相乗的効果による。
表2に示されているとおり、配合物Bスラリーを用いて調製したウォールボードは、配合物Aスラリーを用いて調製したウォールボードと比して実質的に高い強度を有する。多量のナフタレンスルホン酸分散剤およびトリメタリン酸ナトリウムと組み合わせた多量のアルファ化デンプンの組み込みにより、配合物Bボードにおける釘引抜き耐性は、配合物Aボードより45%向上した。曲げ強さにおける相当の増加もまた配合物Aボードに比して配合物Bボードにおいて観察された。
実施例3
1/2インチ石膏ウォールボード重量軽減試験
スラリー配合物およびテスト結果を含むさらなる石膏ウォールボード実施例(ボードC、DおよびE)が以下の表3に示されている。表3のスラリー配合物は、スラリーの主構成成分を含む。括弧中の値は、乾燥スタッコの重量に基づく重量パーセントとして表記されている。
1/2インチ石膏ウォールボード重量軽減試験
スラリー配合物およびテスト結果を含むさらなる石膏ウォールボード実施例(ボードC、DおよびE)が以下の表3に示されている。表3のスラリー配合物は、スラリーの主構成成分を含む。括弧中の値は、乾燥スタッコの重量に基づく重量パーセントとして表記されている。
表3に示されているとおり、ボードC、D、およびEを、対照ボードと比して、実質的に多量のデンプン、DILOFLO分散剤、およびトリメタリン酸ナトリウム(パーセンテージ基準で、デンプンおよび分散剤については約2倍の増加、ならびに、トリメタリン酸塩については2〜3倍の増加)を有するスラリーから、w/s比を一定に維持しながら形成した。それにもかかわらず、ボード重量は、顕著に低減され、かつ、釘引抜き耐性により計測される強度は劇的に影響されていなかった。従って、本考案の実施形態のこの実施例においては、新規の配合(例えば、ボードDなど)は、同一のw/s比および適切な強度を維持しながら、有用で流動性のスラリー中に多量のデンプンを配合させることが可能である。
実施例4
湿潤石膏キューブ強度テスト
Chicago,IllinoisのUnited States Gypsum Corp.製のSouthard CKSボードスタッコおよび実験室における水道水を用いて湿潤キューブ強度テストを行って、これらの湿潤圧縮強度を測定した。以下の実験室テスト手法を用いた。
湿潤石膏キューブ強度テスト
Chicago,IllinoisのUnited States Gypsum Corp.製のSouthard CKSボードスタッコおよび実験室における水道水を用いて湿潤キューブ強度テストを行って、これらの湿潤圧縮強度を測定した。以下の実験室テスト手法を用いた。
スタッコ(1000g)、CSA(2g)、および約70°Fの水道水(1200cc)を、各湿潤石膏キューブキャストのために用いた。アルファ化コーンデンプン(20g、スタッコ重量基準で2.0%)およびCSA(2g、スタッコ重量基準で0.2%)を、ナフタレンスルホン酸分散剤およびトリメタリン酸ナトリウムの両方を含有する水道水溶液との混合に先立って、先ず、プラスチックバッグ中でスタッコと完全に乾燥混合した。用いた分散剤はDILOFLO分散剤であった(表4に示されているとおり1.0〜2.0%)。様々な量のトリメタリン酸ナトリウムもまた表4に示されているとおり用いた。
乾燥処方成分および水溶液を、最初に、実験用Warningブレンダー中で組み合わせ、生成した混合物を10秒かけて飽和させ、次いで、この混合物を、スラリーを形成するために10秒間低速で混合した。このように形成したスラリーを、3つの2インチ×2インチ×2インチキューブ金型にキャストした。次いで、キャストキューブを金型から外し、計量し、およびプラスチックバッグ中にシールして、圧縮強度テストを実施する前の水分の損失を防止した。湿潤キューブの圧縮強度は、ATSマシーンを用いて計測すると共に、平方インチ当たりのポンド(psi)での平均として記録した。得られた結果は以下のとおりであった。
表4に示されているとおり、本考案の約0.12〜0.4%範囲にトリメタリン酸ナトリウムレベルを有するサンプル4〜5、10〜11、および17は、一般に、この範囲外でトリメタリン酸ナトリウムを有するサンプルと比して優れた湿潤キューブ圧縮強度を提供する。
実施例5
1/2インチ軽量石膏ウォールボードプラント製造試験
さらなる試験を実施し(試験ボード1および2)、スラリー配合を含むテスト結果が以下の表5に示されている。表5のスラリー配合は、スラリーの主構成成分を含む。括弧中の値は、乾燥スタッコの重量に基づく重量パーセントとして表記されている。
1/2インチ軽量石膏ウォールボードプラント製造試験
さらなる試験を実施し(試験ボード1および2)、スラリー配合を含むテスト結果が以下の表5に示されている。表5のスラリー配合は、スラリーの主構成成分を含む。括弧中の値は、乾燥スタッコの重量に基づく重量パーセントとして表記されている。
表5に示されているとおり、試験ボード1および2を、対照ボードと比して、わずかにw/s比を低減させながら、実質的に多量のデンプン、DILOFLO分散剤、およびトリメタリン酸ナトリウムを有するスラリーから形成した。それにもかかわらず、釘引抜き耐性および曲げ試験により計測した強度は維持されたかまたは向上されたと共に、ボード重量は顕著に低減した。従って、本考案の実施形態のこの実施例においては、新たな配合(例えば、試験ボード1および2など)は、実質的に同一のw/s比および適切な強度を維持しながら、有用で流動性のスラリー中に多量のトリメタリン酸塩およびデンプンを配合させることが可能である。
実施例6
1/2インチ超軽量石膏ウォールボードプラント製造試験
さらなる試験(試験ボード3および4)を、配合物B(実施例1)を用いて、アルファ化コーンデンプンを10%濃度(湿潤デンプン調製)に水で調製すると共に、HYONIC 25 ASおよびPFM 33石鹸(Lafayette,IndianaのGEO Specialty Chemicals製)のブレンドを用いたこと以外は、実施例2のとおり実施した。例えば、試験ボード3を、65〜70重量%の範囲のHYONIC 25 ASでのHYONIC 25 ASおよびPFM 33のブレンドと、残量のPFM 33とで調製した。例えば、試験ボード4は、HYONIC 25AS/HYONIC PFM 33の70/30重量/重量ブレンドで調製した。試験結果が以下の表6に示されている。
1/2インチ超軽量石膏ウォールボードプラント製造試験
さらなる試験(試験ボード3および4)を、配合物B(実施例1)を用いて、アルファ化コーンデンプンを10%濃度(湿潤デンプン調製)に水で調製すると共に、HYONIC 25 ASおよびPFM 33石鹸(Lafayette,IndianaのGEO Specialty Chemicals製)のブレンドを用いたこと以外は、実施例2のとおり実施した。例えば、試験ボード3を、65〜70重量%の範囲のHYONIC 25 ASでのHYONIC 25 ASおよびPFM 33のブレンドと、残量のPFM 33とで調製した。例えば、試験ボード4は、HYONIC 25AS/HYONIC PFM 33の70/30重量/重量ブレンドで調製した。試験結果が以下の表6に示されている。
2006年11月2日出願の親米国特許出願第11/592,481号明細書に見られるこの実施例に記載の配合物は、強化高密度化表面を有する著しく厚い壁を備える大型の気泡を有する以下の実施例7〜9に記載の石膏ウォールボードをもたらすことに注目されたい。表6に示されているとおり、釘引抜きおよびコア硬度により計測した強度特質はASTM規格を超えていた。曲げ強さもまたASTM規格を超えて計測された。また、本考案の実施形態のこの実施例においては、新たな配合物(例えば、試験ボード3および4など)は、適切な強度を維持しながら、有用で流動性のスラリー中に多量のトリメタリン酸塩およびデンプンを配合させることが可能である。
実施例7
ボード重量および鋸での切断結果の関数としての1/2インチ厚石膏ウォールボードコアにおける気泡容積割合計算
さらなる試験を、気泡容積および密度(試験ボードNo.5〜13)を測定するために、配合物B(実施例1)を用いて、アルファ化コーンデンプンを10%濃度(湿潤デンプン調製)に水で調製し、0.5%ガラス繊維を用い、およびナフタレンスルホン酸(DILOFLO)を45%水溶液として1.2重量%のレベルで用いたこと以外は実施例2のとおり実施した。石鹸の泡発生機を用いて石鹸泡を形成し、所望の密度をもたらすために効果的な量で石膏スラリー中に導入した。本実施例において、石鹸は、0.25lb/MSF〜0.45lb/MSFのレベルで用いた。すなわち、石鹸の泡の使用量は適切に増減した。各サンプルにおいて、ウォールボード厚は1/2インチであると共にコア容積は、39.1ft3/MSFで均一であると仮定した。気泡容積を、表紙および裏紙を除去した4ft幅のウォールボードサンプルにわたって計測した。表紙および裏紙は、11〜18milの範囲の厚さを有することが可能である(各面)。気泡容積/孔径および孔径分布は、走査電子顕微鏡検査(以下の実施例8を参照のこと)およびX線CTスキャンテクノロジー(XMT)により測定した。
ボード重量および鋸での切断結果の関数としての1/2インチ厚石膏ウォールボードコアにおける気泡容積割合計算
さらなる試験を、気泡容積および密度(試験ボードNo.5〜13)を測定するために、配合物B(実施例1)を用いて、アルファ化コーンデンプンを10%濃度(湿潤デンプン調製)に水で調製し、0.5%ガラス繊維を用い、およびナフタレンスルホン酸(DILOFLO)を45%水溶液として1.2重量%のレベルで用いたこと以外は実施例2のとおり実施した。石鹸の泡発生機を用いて石鹸泡を形成し、所望の密度をもたらすために効果的な量で石膏スラリー中に導入した。本実施例において、石鹸は、0.25lb/MSF〜0.45lb/MSFのレベルで用いた。すなわち、石鹸の泡の使用量は適切に増減した。各サンプルにおいて、ウォールボード厚は1/2インチであると共にコア容積は、39.1ft3/MSFで均一であると仮定した。気泡容積を、表紙および裏紙を除去した4ft幅のウォールボードサンプルにわたって計測した。表紙および裏紙は、11〜18milの範囲の厚さを有することが可能である(各面)。気泡容積/孔径および孔径分布は、走査電子顕微鏡検査(以下の実施例8を参照のこと)およびX線CTスキャンテクノロジー(XMT)により測定した。
表7に示されているとおり、79.0%〜92.1%の範囲で総コア気泡容積を有する試験ボードサンプルを形成し、これらは、それぞれ、28pcfから10pcf以上の範囲のボードコア密度に対応する。実施例として、81.8%の総コア気泡容積および23pcfのボードコア密度を有する試験ボード10の鋸での切断では、対照ボードよりも約30%少ない粉塵が発生した。追加の実施例として、約75〜80%の総コア気泡容積よりも顕著に少ない、バインダ(分散剤を伴う、または伴わないデンプンとして)が少ない従来の配合でのウォールボードを形成した場合、切断、鋸引き、ルータ加工、スナッピング、釘打あるいはねじ込み、またはドリリングの際には、顕著に激しい粉塵発生が予期されることとなる。例えば、従来のウォールボードは、鋸での切断で、約20〜30ミクロンの平均直径、および約1ミクロンの最小直径を有する粉塵破片を発生させる可能性がある。対照的に、本考案の石膏ウォールボードは、鋸での切断で、約30〜50ミクロンの平均直径、および約2ミクロンの最小直径を有する粉塵破片を発生させ;けがき/スナッピングではさらに大きな破片を生じさせるであろう。
石膏含有スラリーを形成するために用いられる数々の重要な構成成分、すなわち:スタッコ、ナフタレンスルホン酸分散剤、アルファ化コーンデンプン、トリメタリン酸ナトリウム、ならびに、ガラス繊維および/または紙繊維の組み合わせは、十分なおよび効果的な量の石鹸の泡と組み合わされて、ナイフでの切断、鋸での切断、けがき/スナッピング、ドリリング、および通常のボードの取り扱いの最中での石膏粉塵の形成をも劇的に低減する、有用な低密度石膏ウォールボードの製造において相乗的な効果を有することが可能であることが示された。
実施例8
試験ボードNo.10におけるエアバブル気泡サイズおよび水泡サイズの測定、ならびに、石膏結晶形態学
試験ボードNo.10を調製するためのプラント試験からのキャスト石膏キューブ(2インチ×2インチ×2インチ)を走査電子顕微鏡検査(SEM)により分析した。エアバブル気泡および蒸発性水泡、ならびに、石膏結晶サイズおよび形状を観察すると共に計測した。
試験ボードNo.10におけるエアバブル気泡サイズおよび水泡サイズの測定、ならびに、石膏結晶形態学
試験ボードNo.10を調製するためのプラント試験からのキャスト石膏キューブ(2インチ×2インチ×2インチ)を走査電子顕微鏡検査(SEM)により分析した。エアバブル気泡および蒸発性水泡、ならびに、石膏結晶サイズおよび形状を観察すると共に計測した。
3つのサンプルキューブを形成し、それぞれに、11:08、11:30、および11:50とラベルを付した。図1〜3は、エアバブル気泡サイズおよび各サンプルについての分布を15×倍率で示す。図4〜6は、エアバブル気泡サイズおよび各サンプルについての分布を50×倍率で示す。
より高倍率で、サンプルキューブ11:50について図7〜10に示されているとおり、10,000×倍率以下で、例えば、一般に実質的により大きなエアバブル気泡壁中の水泡を観察した。ほとんどすべての石膏結晶が針であり;プレート状のものはほとんど観察されなかった。針の密度および充填は、エアバブル気泡の表面上で様々であった。石膏針は、エアバブル気泡壁中の水泡においても観察された。
SEM結果は、本考案に基づいて形成された石膏含有製品において、気泡および水泡は、一般に、固化石膏コア全体に均一に分布されていることを実証している。観察した気泡サイズおよび気泡分布もまた、生成された石膏粉塵の相当の量が、通常のボードの取り扱いの際、ならびに、切断、鋸引き、ルータ加工、スナッピング、釘打あるいはねじ込み、
またはドリリングの最中に曝された周囲の気泡中に捕捉されることとなると共に、風媒性とならないよう、気泡および水泡(総コア気泡容積)として十分な自由空間が形成されていることを実証する。
またはドリリングの最中に曝された周囲の気泡中に捕捉されることとなると共に、風媒性とならないよう、気泡および水泡(総コア気泡容積)として十分な自由空間が形成されていることを実証する。
実施例9
低粉塵石膏ウォールボードにおける粉塵捕捉
実施例7のとおり本考案の教示に基づいてウォールボードを調製した場合、ウォールボードの加工で生じる石膏粉塵は、少なくとも50重量%が直径約10ミクロンより大きい石膏破片を含むであろうことが予期される。切断、鋸引き、ルータ加工、けがき/スナッピング、釘打あるいはねじ込み、およびドリリングによるウォールボードの加工によって発生した粉塵の合計の少なくとも約30%以上が捕捉されるであろう。
低粉塵石膏ウォールボードにおける粉塵捕捉
実施例7のとおり本考案の教示に基づいてウォールボードを調製した場合、ウォールボードの加工で生じる石膏粉塵は、少なくとも50重量%が直径約10ミクロンより大きい石膏破片を含むであろうことが予期される。切断、鋸引き、ルータ加工、けがき/スナッピング、釘打あるいはねじ込み、およびドリリングによるウォールボードの加工によって発生した粉塵の合計の少なくとも約30%以上が捕捉されるであろう。
実施例10
追加の1/2インチ軽量石膏ウォールボードプラント製造試験配合物
実施例7〜9は、大きい気泡容積を有する軽量ウォールボードをもたらす。残りの実施例は、実施例7〜9のものに類似するが、ウォールボード微小構造の増大された壁厚および強化された高密度化気泡壁表面をもハイライトしている。これに関連して、実施例8の図5および6の顕微鏡写真は、本考案による大型の気泡および増大された厚さの壁の両方を含む微小構造を示すことに注目すべきである。
追加の1/2インチ軽量石膏ウォールボードプラント製造試験配合物
実施例7〜9は、大きい気泡容積を有する軽量ウォールボードをもたらす。残りの実施例は、実施例7〜9のものに類似するが、ウォールボード微小構造の増大された壁厚および強化された高密度化気泡壁表面をもハイライトしている。これに関連して、実施例8の図5および6の顕微鏡写真は、本考案による大型の気泡および増大された厚さの壁の両方を含む微小構造を示すことに注目すべきである。
それ故、以下の表8に示されているとおり、さらなるスラリー配合物(試験14)を調製した。表8のスラリー配合は、スラリーの主構成成分を含む。括弧中の値は、乾燥スタッコの重量に基づく重量パーセントとして表記されている。
実施例11
追加の1/2インチ軽量石膏ウォールボードプラント製造試験
プラント試験配合物14および実施例10の対照配合物Aを用いて形成した石膏ウォールボード、ならびに、2種の従来の競合するボードについてのテスト結果が以下の表9に示されている。70°F/50%相対湿度で24時間のコンディショニングの後、ウォールボードサンプルを、釘引抜き耐性、エッジ/コア硬度、曲げ強さ、および16時間加湿接合についてテストした。釘引抜き耐性、エッジ/コア硬度、加湿たわみ、および曲げ強さテストをASTM C−473に準拠して実施した。不燃性をASTM E−136に準拠して実施した。表面燃焼特質テストをASTM E−84に準拠して実施して、延焼指数(Flame Spread Index)(FSI)を測定した。ボードサンプルを、走査電子顕微鏡検査(以下の実施例12を参照のこと)およびエネルギー分散分光法(EDS)により分析した。ボードサンプルはまた、X線CTスキャンテクノロジー(XMT)により分析されることが可能である。
追加の1/2インチ軽量石膏ウォールボードプラント製造試験
プラント試験配合物14および実施例10の対照配合物Aを用いて形成した石膏ウォールボード、ならびに、2種の従来の競合するボードについてのテスト結果が以下の表9に示されている。70°F/50%相対湿度で24時間のコンディショニングの後、ウォールボードサンプルを、釘引抜き耐性、エッジ/コア硬度、曲げ強さ、および16時間加湿接合についてテストした。釘引抜き耐性、エッジ/コア硬度、加湿たわみ、および曲げ強さテストをASTM C−473に準拠して実施した。不燃性をASTM E−136に準拠して実施した。表面燃焼特質テストをASTM E−84に準拠して実施して、延焼指数(Flame Spread Index)(FSI)を測定した。ボードサンプルを、走査電子顕微鏡検査(以下の実施例12を参照のこと)およびエネルギー分散分光法(EDS)により分析した。ボードサンプルはまた、X線CTスキャンテクノロジー(XMT)により分析されることが可能である。
鋸での切断およびドリリングテストによる粉塵発生計測値。ドリリングによる粉塵発生を測定するために、ボール盤を用いて仕上ウォールボードサンプルに50個の孔をドリルして、得られた石膏粉塵を回収した。手鋸引きによる粉塵発生を測定するために、仕上ウォールボードの5つの1フィート長の切片を切り出して、得られた石膏粉塵を回収した。
冠鋸引きによる粉塵発生を測定するために、4インチ径の5つの円を仕上ウォールボードサンプルに切り出して、得られた石膏粉塵を回収した。
冠鋸引きによる粉塵発生を測定するために、4インチ径の5つの円を仕上ウォールボードサンプルに切り出して、得られた石膏粉塵を回収した。
表9に示されているとおり、釘引抜き耐性、曲げ強さ、およびエッジ/コア硬度により計測した試験ボード14強度特質は、従来の競合するボードに対して優れていると共にASTM規格を超えていた。加湿たわみ(たるみ)は、従来の競合するボードに対して優れていると共にASTM規格を超えていた。加湿接合:優れた紙対コア接合(無破壊)に追加して、試験ボードNo.14は、表9に示されているとおり、接合強度について最良の結果を有していた。最後に、ASTM規格での不燃性テストへの合格に追加して、試験ボードNo.14は、ASTM規格下でクラス−A材料として判定された。
加えて、試験ボードNo.14サンプルを、外観、シートの摺れ、曲げテスト、肩に載せた運搬、曲がり角での回転、エッジドラッグ、エッジドロップ、けがきおよびスナップ、やすりがけ(rasping)、孔の切断、スクリューでの取り付け、釘での取り付け、および10フィート半径について評価することにより、取り扱い、ステージング、および設置順序について査定した。評価の結論は、試験ボードNo.14の取り扱い特性は、
対照ボードAおよび表9の他の従来の競合性石膏ボードと同等であるかまたはこれらを超えていた。
対照ボードAおよび表9の他の従来の競合性石膏ボードと同等であるかまたはこれらを超えていた。
実施例12
試験ボードNo.14におけるエアバブル表面特徴の測定、および石膏結晶形態学
実施例8と同様に、試験ボードNo.14を調製するためのプラント試験からのキャスト石膏キューブ(2インチ×2インチ×2インチ)を走査電子顕微鏡検査(SEM)により分析した。エアバブル気泡および蒸発性水泡、ならびに、石膏結晶サイズおよび形状を観察すると共に計測した。
試験ボードNo.14におけるエアバブル表面特徴の測定、および石膏結晶形態学
実施例8と同様に、試験ボードNo.14を調製するためのプラント試験からのキャスト石膏キューブ(2インチ×2インチ×2インチ)を走査電子顕微鏡検査(SEM)により分析した。エアバブル気泡および蒸発性水泡、ならびに、石膏結晶サイズおよび形状を観察すると共に計測した。
SEM結果は、再度、本考案に基づいて形成された石膏含有製品において、気泡および水泡は、一般に、固化石膏コア全体に均一に分布されていることを実証している。観察した気泡サイズおよび気泡分布もまた、生成された石膏粉塵の相当の量が、通常のボードの取り扱いの際、ならびに、切断、鋸引き、ルータ加工、スナッピング、釘打あるいはねじ込み、またはドリリングの最中に曝された周囲の気泡中に捕捉されることとなると共に、
風媒性とならないよう、気泡および水泡(総コア気泡容積)として十分な自由空間が形成されていることを実証する。
風媒性とならないよう、気泡および水泡(総コア気泡容積)として十分な自由空間が形成されていることを実証する。
図11〜19のSEM結果は、実施例8のSEM顕微鏡写真に対応する高倍率で壁厚を示す。これらのSEM結果は、図13および14に示されているとおり、試験ボードNo.14および対照ボードAをそれぞれ比較して、以下の2つの向上点を実証する:1)試験ボード中のエアバブル気泡は対照ボード中のものよりも実質的に大きく、および2)試験ボード中の気泡間の平均壁厚は対照ボード中の気泡間の平均壁厚よりもかなり大きかった。一般に、試験ボードNo.14における気泡間の平均壁厚は、少なくとも約50ミクロン以下〜約200ミクロンであった。対照的に、対照ボードAにおける気泡間の平均壁厚は一般に約20〜30ミクロンであった。追加的に、図15の500×顕微鏡写真は、
気泡の壁に沿って顕微鏡写真の右方向に延びている強化高密度化表面「A」を示す。
気泡の壁に沿って顕微鏡写真の右方向に延びている強化高密度化表面「A」を示す。
上述のとおり、より大きな気泡間の平均壁厚は、仕上ウォールボードに対してより高い強度、すなわち、より良好な釘引抜き耐性、より良好なコア/エッジ硬度、ならびに、例えばドリリング、切断および鋸引きの際の粉塵低減といったより良好な取り扱い特質を提供する。
実施例13
平均気泡サイズ、壁厚および高密度化強化壁表面の存在の測定
コアサンプルは、テストされるべきウォールボードサンプルをけがくことにより調製されればよく、コアをスナッピングして適切なサイズのサンプルに分けた。次いで、例えば、けがきがなされた領域にわたって強制空気流を向けることにより、ゆるいデブリが除去される。次いで、コアサンプルが、従来の走査型電子顕微鏡写真技術を用いて取り付けられると共にコートされる。
平均気泡サイズ、壁厚および高密度化強化壁表面の存在の測定
コアサンプルは、テストされるべきウォールボードサンプルをけがくことにより調製されればよく、コアをスナッピングして適切なサイズのサンプルに分けた。次いで、例えば、けがきがなされた領域にわたって強制空気流を向けることにより、ゆるいデブリが除去される。次いで、コアサンプルが、従来の走査型電子顕微鏡写真技術を用いて取り付けられると共にコートされる。
平均気泡サイズ
コアサンプルにおける無作為な位置で撮影した50×倍率での10枚の顕微鏡写真を準備する。これらの10枚の顕微鏡写真における気泡の各々にまたがる最大の断面距離を計測する。計測した距離を加算すると共に、平均最大断面距離を算出する。これが、サンプルの平均気泡サイズとなる。
コアサンプルにおける無作為な位置で撮影した50×倍率での10枚の顕微鏡写真を準備する。これらの10枚の顕微鏡写真における気泡の各々にまたがる最大の断面距離を計測する。計測した距離を加算すると共に、平均最大断面距離を算出する。これが、サンプルの平均気泡サイズとなる。
平均壁厚さ
コアサンプルにおける無作為な位置で撮影した50×倍率での10枚の顕微鏡写真を準備する。顕微鏡写真の水平縁部および垂直縁部が交差する気泡の各々間の距離を縁部に沿って計測する。すべての計測した距離を加算すると共に、平均距離を算出する。これがサンプルの平均壁厚である。
コアサンプルにおける無作為な位置で撮影した50×倍率での10枚の顕微鏡写真を準備する。顕微鏡写真の水平縁部および垂直縁部が交差する気泡の各々間の距離を縁部に沿って計測する。すべての計測した距離を加算すると共に、平均距離を算出する。これがサンプルの平均壁厚である。
高密度化強化壁表面
コアサンプルにおける無作為な位置で撮影した10枚の500×顕微鏡写真を準備する。これらの顕微鏡写真中に見られる拡大された気泡を、図15において特徴Aと識別されているもののような、気泡の縁に沿った太い白色のラインについて調べる。これらの太い白色のラインの存在が、サンプルにおける高密度化強化気泡壁表面の存在を示す。
コアサンプルにおける無作為な位置で撮影した10枚の500×顕微鏡写真を準備する。これらの顕微鏡写真中に見られる拡大された気泡を、図15において特徴Aと識別されているもののような、気泡の縁に沿った太い白色のラインについて調べる。これらの太い白色のラインの存在が、サンプルにおける高密度化強化気泡壁表面の存在を示す。
本考案を説明する文脈における(特に以下の実用新案登録請求の範囲の文脈における)「a」および「an」および「the」という用語、ならびに、同様の指示対象の使用は、本明細書において他に示されていない限りにおいて、または、文脈により明らかに矛盾しない限りにおいて、単数形および複数形の両方をカバーすると理解される。本明細書における値の範囲の言及は、本明細書において他に示されていない限りにおいて、単に、その範囲内に属する個別の値の各々への個別の参照の省略的な方法のためと意図されており、および、各個別の値は、本明細書において個別に言及されたかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書に記載のすべての方法は、本明細書において他に示されていない限りにおいて、または文脈により明らかに矛盾しない限りにおいて、いかなる好適な順番で実施されることも可能である。本明細書におけるいかなるおよびすべての例、または例示的な言い回し(例えば、「などの(such as)」)の使用は、単に、本考案をよりよく明らかにすることだけを意図し、特許請求されていない限りにおいて、本考案の範囲を限定するものではない。本明細書におけるいかなる言い回しも、特許請求されていないいずれかの構成要素を本考案の実施に必須として示すと解釈されるべきではない。
本考案の好ましい実施形態は、本明細書において、本考案を実施するための本考案者らに公知である最良の形態を含んで記載されている。例示の実施形態は単に例示であり、本考案の範囲を限定するとすべきではないことが理解されるべきである。
[付記1]
2枚の実質的に平行なカバーシートの間に形成された固化石膏コアを含み、固化石膏コアは固化石膏コア全体にわたって分散された気泡を有し、前記気泡は約30〜約200ミクロンの平均厚を有する壁を有する石膏ウォールボード。
[付記2]
前記気泡の壁が約50〜約200ミクロンの平均厚を有する、付記1に記載の石膏ウォールボード。
[付記3]
前記気泡の壁が強化高密度化表面を有する、付記1に記載の石膏ウォールボード。
[付記4]
前記固化石膏コアが:
水、スタッコ、スタッコの重量に基づいて約0.5重量%〜約10重量%の量で存在するアルファ化デンプン、スタッコの重量に基づいて約0.2重量%〜約2重量%の量で存在するナフタレンスルホン酸分散剤、スタッコの重量に基づいて約0.1重量%〜約0.4重量%の量で存在するトリメタリン酸ナトリウム、およびスタッコの重量に基づいて0〜約0.2重量%の量で存在するガラス繊維を含む石膏含有スラリーから形成されている、付記3に記載の石膏ウォールボード。
[付記5]
前記アルファ化デンプンが、スタッコの重量に基づいて約0.5重量%〜約4重量%の量で存在している、付記4に記載の石膏ウォールボード。
[付記6]
水/スタッコ比が約0.7〜約1.3である、付記4に記載の石膏ウォールボード。
[付記7]
前記カバーシートが紙を含む、付記1に記載の石膏ウォールボード。
[付記8]
少なくとも1枚のカバーシートが高張力紙である、付記7に記載の石膏ウォールボード。
[付記9]
少なくとも1枚のカバーシートが、繊維状マット、不織ガラス繊維マット、織ガラスマットおよび非セルロース系布からなる群から選択される、付記3に記載の石膏ウォールボード。
[付記10]
2枚の実質的に平行なカバーシートの間に形成された固化石膏コアを含み、前記固化石膏コアは固化石膏コア全体にわたって分散された気泡を有し、前記気泡は強化高密度化表面および約30〜約200ミクロンの平均厚を有する壁を有し、ならびに、前記固化石膏コアは約27pcf〜約30pcfの密度を有する、軽量石膏ウォールボード。
[付記11]
前記固化石膏コアが:
水、スタッコ、スタッコの重量に基づいて約0.5重量%〜約10重量%の量で存在するアルファ化デンプン、スタッコの重量に基づいて約0.2重量%〜約2重量%の量で存在するナフタレンスルホン酸分散剤、スタッコの重量に基づいて約0.1重量%〜約0.4重量%の量で存在するトリメタリン酸ナトリウムおよびスタッコの重量に基づいて0〜約0.2重量%の量で存在するガラス繊維を含む石膏含有スラリーから形成されている、
付記10に記載の軽量石膏ウォールボード。
[付記12]
前記アルファ化デンプンが、スタッコの重量に基づいて約0.5重量%〜約4重量%の量で存在している、付記11に記載の石膏ウォールボード。
[付記13]
少なくとも1枚のカバーシートが高張力紙である、付記10に記載の軽量石膏ウォールボード。
[付記14]
少なくとも1枚のカバーシートが、繊維状マット、不織ガラス繊維マット、織ガラスマットおよび非セルロース系布からなる群から選択される、付記10に記載の軽量石膏ウォールボード。
[付記15]
2枚の実質的に平行な紙カバーシートの間に形成された固化石膏コアを含み、前記固化石膏コアは固化石膏コア全体にわたって分散された気泡を有し、前記気泡は約70〜約120ミクロンの平均厚を有する壁を有し、前記固化石膏コアは:
水、スタッコ、スタッコの重量に基づいて約3重量%の量で存在するアルファ化デンプン、スタッコの重量に基づいて約1.5重量%の量で存在するナフタレンスルホン酸分散剤の45重量%水溶液、スタッコの重量に基づいて約0.3重量%の量で存在するトリメタリン酸ナトリウムおよびスタッコの重量に基づいて0〜約0.2重量%の量で存在するガラス繊維、ならびに、石鹸の泡を含む石膏含有スラリーから形成されており、
少なくとも1枚のカバーシートが高張力紙であり、
前記固化石膏コアが約29pcfの密度を有し、
ならびに、1/2インチ厚ボードについて約1200lb/MSFの乾燥重量、少なくとも約77lb/MSFの釘引抜き耐性、および少なくとも約11lb/MSFのコア硬度を有する軽量石膏ウォールボード。
2枚の実質的に平行なカバーシートの間に形成された固化石膏コアを含み、固化石膏コアは固化石膏コア全体にわたって分散された気泡を有し、前記気泡は約30〜約200ミクロンの平均厚を有する壁を有する石膏ウォールボード。
[付記2]
前記気泡の壁が約50〜約200ミクロンの平均厚を有する、付記1に記載の石膏ウォールボード。
[付記3]
前記気泡の壁が強化高密度化表面を有する、付記1に記載の石膏ウォールボード。
[付記4]
前記固化石膏コアが:
水、スタッコ、スタッコの重量に基づいて約0.5重量%〜約10重量%の量で存在するアルファ化デンプン、スタッコの重量に基づいて約0.2重量%〜約2重量%の量で存在するナフタレンスルホン酸分散剤、スタッコの重量に基づいて約0.1重量%〜約0.4重量%の量で存在するトリメタリン酸ナトリウム、およびスタッコの重量に基づいて0〜約0.2重量%の量で存在するガラス繊維を含む石膏含有スラリーから形成されている、付記3に記載の石膏ウォールボード。
[付記5]
前記アルファ化デンプンが、スタッコの重量に基づいて約0.5重量%〜約4重量%の量で存在している、付記4に記載の石膏ウォールボード。
[付記6]
水/スタッコ比が約0.7〜約1.3である、付記4に記載の石膏ウォールボード。
[付記7]
前記カバーシートが紙を含む、付記1に記載の石膏ウォールボード。
[付記8]
少なくとも1枚のカバーシートが高張力紙である、付記7に記載の石膏ウォールボード。
[付記9]
少なくとも1枚のカバーシートが、繊維状マット、不織ガラス繊維マット、織ガラスマットおよび非セルロース系布からなる群から選択される、付記3に記載の石膏ウォールボード。
[付記10]
2枚の実質的に平行なカバーシートの間に形成された固化石膏コアを含み、前記固化石膏コアは固化石膏コア全体にわたって分散された気泡を有し、前記気泡は強化高密度化表面および約30〜約200ミクロンの平均厚を有する壁を有し、ならびに、前記固化石膏コアは約27pcf〜約30pcfの密度を有する、軽量石膏ウォールボード。
[付記11]
前記固化石膏コアが:
水、スタッコ、スタッコの重量に基づいて約0.5重量%〜約10重量%の量で存在するアルファ化デンプン、スタッコの重量に基づいて約0.2重量%〜約2重量%の量で存在するナフタレンスルホン酸分散剤、スタッコの重量に基づいて約0.1重量%〜約0.4重量%の量で存在するトリメタリン酸ナトリウムおよびスタッコの重量に基づいて0〜約0.2重量%の量で存在するガラス繊維を含む石膏含有スラリーから形成されている、
付記10に記載の軽量石膏ウォールボード。
[付記12]
前記アルファ化デンプンが、スタッコの重量に基づいて約0.5重量%〜約4重量%の量で存在している、付記11に記載の石膏ウォールボード。
[付記13]
少なくとも1枚のカバーシートが高張力紙である、付記10に記載の軽量石膏ウォールボード。
[付記14]
少なくとも1枚のカバーシートが、繊維状マット、不織ガラス繊維マット、織ガラスマットおよび非セルロース系布からなる群から選択される、付記10に記載の軽量石膏ウォールボード。
[付記15]
2枚の実質的に平行な紙カバーシートの間に形成された固化石膏コアを含み、前記固化石膏コアは固化石膏コア全体にわたって分散された気泡を有し、前記気泡は約70〜約120ミクロンの平均厚を有する壁を有し、前記固化石膏コアは:
水、スタッコ、スタッコの重量に基づいて約3重量%の量で存在するアルファ化デンプン、スタッコの重量に基づいて約1.5重量%の量で存在するナフタレンスルホン酸分散剤の45重量%水溶液、スタッコの重量に基づいて約0.3重量%の量で存在するトリメタリン酸ナトリウムおよびスタッコの重量に基づいて0〜約0.2重量%の量で存在するガラス繊維、ならびに、石鹸の泡を含む石膏含有スラリーから形成されており、
少なくとも1枚のカバーシートが高張力紙であり、
前記固化石膏コアが約29pcfの密度を有し、
ならびに、1/2インチ厚ボードについて約1200lb/MSFの乾燥重量、少なくとも約77lb/MSFの釘引抜き耐性、および少なくとも約11lb/MSFのコア硬度を有する軽量石膏ウォールボード。
Claims (32)
- 2枚のカバーシートの間に配置された固化石膏コアを含む軽量石膏ボードであって、
前記固化石膏コアは、水、スタッコ、デンプン、並びに、ガラス繊維及び/又は紙繊維を含むスラリーから形成されており、
前記デンプンは、スタッコの重量に基づいて0.5重量%〜10重量%の量で存在するアルファ化デンプンを含み、
前記固化石膏コアは石膏結晶マトリックスを含み、
前記石膏結晶マトリックスは前記石膏結晶マトリックス内に気泡を画定し隔てる壁を有し、
前記気泡間の前記壁の平均厚さは、走査型電子顕微鏡画像を用いて計測して、30ミクロンより大きく、
前記石膏結晶マトリックスは、ASTM C−473に基づいて、前記固化石膏コアの平均コア硬度が少なくとも11ポンド(約5kg)となるように形成されており、
前記軽量石膏ボードの密度が35pcf(約560kg/m3)以下である、
ことを特徴とする軽量石膏ボード。 - 前記壁は少なくとも50ミクロンの平均厚さを有する、請求項1に記載の軽量石膏ボード。
- 前記壁は70ミクロン〜120ミクロンの平均厚さを有する、請求項1又は2に記載の軽量石膏ボード。
- 前記壁は、走査型電子顕微鏡画像を用いて計測して、
(i)100ミクロンを超える直径の気泡サイズを有する気泡、
(ii)50ミクロン〜100ミクロンの直径の気泡サイズを有する気泡、及び、
(iii)50ミクロン未満の直径の気泡サイズを有する気泡、
を画定する、請求項1から3のいずれか1項に記載の軽量石膏ボード。 - 前記100ミクロンを超える直径の気泡サイズを有する気泡は、前記固化石膏コアの全気泡量の少なくとも20%を占める、請求項4に記載の軽量石膏ボード。
- 前記壁の少なくとも一部は強化高密度化表面を有する、請求項1から5のいずれか1項に記載の軽量石膏ボード。
- (a)前記軽量石膏ボードが、(i)少なくとも65ポンド(29kg)の釘引抜き耐性、若しくは、(ii)少なくとも36ポンド(16kg)の縦方向の曲げ強さ及び/若しくは少なくとも107ポンド(48.5kg)の横方向の曲げ強さを有するよう、前記壁及び前記気泡は前記固化石膏コア内に配置され、又は、
(b)前記軽量石膏ボードにおけるコア硬度に対する釘引抜き耐性の割合は、1/2インチ(約1.3cm)の厚さの前記軽量石膏ボードで、ASTM C−473に基づいて計測した場合、4〜8である、請求項1から6のいずれか1項に記載の軽量石膏ボード。 - 前記軽量石膏ボードは24pcf(約380kg/m3)〜35pcf(約560kg/m3)の密度を有する、請求項1から7のいずれか1項に記載の軽量石膏ボード。
- 前記軽量石膏ボードは、1/2インチ(約1.3cm)の厚さの前記軽量石膏ボードで、1000lb/MSF(約5kg/m2)〜1400lb/MSF(約6.8kg/m2)の乾燥重量を有する、請求項1から8のいずれか1項に記載の軽量石膏ボード。
- 前記デンプンは、前記固化石膏コアのコア硬度を該デンプンを含まないスラリーから形成された固化石膏コアと比較して大きくするのに有効な量で存在する、請求項1から9のいずれか1項に記載の軽量石膏ボード。
- 前記スラリーは、さらに、泡、及び、ナフタレンスルホン酸分散剤を含む、請求項1から10のいずれか1項に記載の軽量石膏ボード。
- 前記ナフタレンスルホン酸分散剤はスタッコの重量に基づいて0.1重量%〜3重量%の量で存在する、請求項11に記載の軽量石膏ボード。
- 前記スラリーは、さらに、水溶性ポリリン酸含有化合物を含む、請求項1から12のいずれか1項に記載の軽量石膏ボード。
- 前記水溶性ポリリン酸含有化合物は、スタッコの重量に基づいて0.1重量%〜0.4重量%の量で存在する、請求項13に記載の軽量石膏ボード。
- 2枚のカバーシートの間に配置された固化石膏コアを含む軽量石膏ボードであって、
前記固化石膏コアは、水、スタッコ、デンプン、並びに、ガラス繊維及び/又は紙繊維を含むスラリーから形成されており、
前記デンプンは、スタッコの重量に基づいて0.5重量%〜10重量%の量で存在するアルファ化デンプンを含み、
前記固化石膏コアは石膏結晶マトリックスを含み、
前記石膏結晶マトリックスは前記石膏結晶マトリックス内に気泡を画定し隔てる壁を有し、
前記壁のいくつかは、走査型電子顕微鏡画像を用いて計測して、少なくとも50ミクロンの平均壁厚を有し、
前記気泡のいくつかは、走査型電子顕微鏡画像を用いて計測して、100ミクロンを超える直径の孔径を有し、
前記石膏結晶マトリックスは、ASTM C−473に基づいて、前記固化石膏コアの平均コア硬度が少なくとも11ポンド(約5kg)となるように形成されており、
前記軽量石膏ボードの密度が24pcf(約380kg/m3)〜35pcf(約560kg/m3)である、
ことを特徴とする軽量石膏ボード。 - 前記気泡を走査型電子顕微鏡画像を用いて計測したとき、
前記気泡のいくつかは、50ミクロン〜100ミクロンの直径の孔径を有し、
50ミクロンを超える直径の孔径を有する前記気泡は、前記固化石膏コアの全気泡量の少なくとも50%を占める、請求項15に記載の軽量石膏ボード。 - 前記100ミクロンを超える直径の孔径を有する気泡は、前記固化石膏コアの全気泡量の少なくとも20%を占める、請求項15又は16に記載の軽量石膏ボード。
- 2枚のカバーシートの間に配置された固化石膏コアを含む軽量石膏ボードであって、
前記固化石膏コアは、水、スタッコ、デンプン、並びに、ガラス繊維及び/又は紙繊維を含むスラリーから形成されており、
前記デンプンは、スタッコの重量に基づいて0.5重量%〜10重量%の量で存在するアルファ化デンプンを含み、
前記固化石膏コアは石膏結晶マトリックスを含み、
前記石膏結晶マトリックスは前記石膏結晶マトリックス内に気泡を画定し隔てる壁を有し、
前記気泡間の前記壁の平均厚さは、走査型電子顕微鏡画像を用いて計測して、30ミクロンより大きく、
前記石膏結晶マトリックスは、前記軽量石膏ボードにおけるコア硬度に対する釘引抜き耐性の割合が、1/2インチ(約1.3cm)の厚さの前記軽量石膏ボードで、ASTM C−473に基づいて計測した場合、4〜8となるように形成されており、
前記軽量石膏ボードの密度が35pcf(約560kg/m3)以下である、
ことを特徴とする軽量石膏ボード。 - 前記壁は少なくとも50ミクロンの平均厚さを有する、請求項18に記載の軽量石膏ボード。
- 前記壁は70ミクロン〜120ミクロンの平均厚さを有する、請求項18又は19に記載の軽量石膏ボード。
- 孔径を走査型電子顕微鏡画像を用いて計測したとき、
前記気泡のいくつかは、50ミクロン〜100ミクロンの直径の孔径を有し、
前記気泡のいくつかは、100ミクロンを超える直径の孔径を有し、
100ミクロンを超える直径の孔径を有する前記気泡は、前記固化石膏コアの全気泡量の少なくとも20%を占める、請求項18から20のいずれか1項に記載の軽量石膏ボード。 - 50ミクロンを超える直径の孔径を有する前記気泡が、前記固化石膏コアの全気泡量の少なくとも50%を占める、請求項21に記載の軽量石膏ボード。
- 前記デンプンは、前記固化石膏コアのコア硬度を該デンプンを含まないスラリーから形成された固化石膏コアと比較して大きくするのに有効な量で存在する、請求項18から22のいずれか1項に記載の軽量石膏ボード。
- 前記スラリーは、さらに、泡、及び、ナフタレンスルホン酸分散剤を含む、請求項23に記載の軽量石膏ボード。
- 前記ナフタレンスルホン酸分散剤はスタッコの重量に基づいて0.1重量%〜3重量%の量で存在する、請求項24に記載の軽量石膏ボード。
- 前記スラリーは、さらに、水溶性ポリリン酸含有化合物を含む、請求項23から25のいずれか1項に記載の軽量石膏ボード。
- 2枚のカバーシートの間に配置された固化石膏コアを含む軽量石膏ボードであって、
前記固化石膏コアは石膏結晶マトリックスを含み、
前記石膏結晶マトリックスは前記石膏結晶マトリックス内に気泡を画定し隔てる壁を有し、
前記気泡間の前記壁の平均厚さは、走査型電子顕微鏡画像を用いて計測して、30ミクロンより大きく、
前記石膏結晶マトリックスは、ASTM C−473に基づいて、前記固化石膏コアのコア硬度が少なくとも11ポンド(約5kg)となるように形成されており、
前記軽量石膏ボードの密度が31pcf(約500kg/m3)以下である、
ことを特徴とする軽量石膏ボード。 - 前記壁の少なくとも一部は強化高密度化表面を有する、請求項27に記載の軽量石膏ボード。
- (a)前記軽量石膏ボードが、(i)少なくとも65ポンド(29kg)の釘引抜き耐性、若しくは、(ii)少なくとも36ポンド(16kg)の縦方向の曲げ強さ及び/若しくは少なくとも107ポンド(48.5kg)の横方向の曲げ強さを有するよう、前記壁及び前記気泡は前記固化石膏コア内に配置され、又は、
(b)前記軽量石膏ボードにおけるコア硬度に対する釘引抜き耐性の割合は、1/2インチ(約1.3cm)の厚さの前記軽量石膏ボードで、ASTM C−473に基づいて計測した場合、4〜8である、請求項27に記載の軽量石膏ボード。 - 前記軽量石膏ボードは、1/2インチ(約1.3cm)の厚さの前記軽量石膏ボードで、1000lb/MSF(約5kg/m2)〜1300lb/MSF(約6.3kg/m2)の乾燥重量を有する、請求項27に記載の軽量石膏ボード。
- 前記固化石膏コアは、水、スタッコ、及び、水溶性ポリリン酸含有化合物を含むスラリーから形成されている、請求項27に記載の軽量石膏ボード。
- 前記壁は70ミクロン〜120ミクロンの平均厚さを有する、請求項27に記載の軽量石膏ボード。
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---|---|---|---|
US11/906,479 | 2007-10-02 |
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JP2017519710A (ja) * | 2014-06-27 | 2017-07-20 | ボラル アイピー ホールディングス(オーストラリア)ピーティーワイ リミテッドBoral Ip Holdings (Australia) Pty Limited | 超軽量石膏ボード |
KR20180095673A (ko) * | 2015-12-22 | 2018-08-27 | 쌩-고벵 플라코 | 석고-기재 보드 제조 방법 및 그에 이용하기 위한 예비젤라틴화되지 않은 이동성 전분을 포함하는 치장 벽토 슬러리 |
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