JP4413137B2 - 防カビ石膏ボードとその製造法 - Google Patents

Description

本願発明は石膏ボード製品とその製造法に関するものである。とりわけ当該発明は、カビ（別称、白カビ）に対するより優れた抵抗力を持つ石膏ボードに関するものである。

石膏ボードは長年使用されてきた周知の建材であり、主に屋内の壁や天井に使用されるが、ある程度の範囲で屋外にも使用される。基体部（ｃｏｒｅ）は、硫酸カルシウム半水塩（ｃａｌｃｉｕｍ ｓｕｌｆａｔｅ ｈｅｍｉｈｙｄｒａｔｅ）と水を含むスラリーにより形成され、ミキサーの下を移動する紙製のカバーシート上に継続的に堆積される。二枚目の紙製のカバーシートがその上に載せられ、結果的にできた構成物はボード状に成形される。硫酸カルシウム半水塩は、十分な水と反応することによりマトリクス状に絡み合った硫酸カルシウム二水塩（ｃａｌｃｉｕｍ ｓｕｌｆａｔｅ ｄｉｈｙｄｒａｔｅ）の結晶体に変化し、結果として凝固して硬化する。上記のように形成された帯状のボードは、石膏が硬化するまでベルトコンベアーで運ばれ、硬化してから必要な長さに切断されボードを形成し、切断されたボードは余分な水分を取り除く為に乾燥炉を介して運ばれる。

カビなどの菌類は、四つの主な要素が存在している環境の中で成長する。まずカビの胞子、それから代謝に必要な栄養と、水である。温度もカビの成長には不可欠な条件であるが、多くのカビは人が生活するのに必要な温度下で繁殖するので、建設物内のカビの成長にはこの条件は当然あるものと考えられることが多い。様々な環境により提供される上記の要素の量は違うが、水蒸気と胞子は常に空気中に存在する。水分が存在する基質に胞子が定着した場合、成長には栄養が必要となる。

通常、空気中の塵粉には様々な栄養素が存在するが、澱粉もカビにとっては充分な栄養源であり、石膏ボードの表面素材や石膏基体部に含まれていることが多い。石膏ボードの中で、澱粉は頻繁に複数の目的で使用される。その主な用途は、基体部とカバーとの間の接着性の助成であるが、ボードを覆う為に一般に使われる加圧紙もカビの成長に必要な栄養源となる澱粉やセルロース系繊維を含んでいる。

他には、硫酸カルシウム二水塩の粒子を被覆し、焼石膏スラリーの硬化を促進する為に、糖質が頻繁に用いられる。また、他の澱粉質も硬化した石膏組成の性質を調整する為に使用される。したがって、石膏ボードパネルが湿気を吸ってから即座に乾かない場合は、カバーシートや基体部の素材に含まれる澱粉はカビ胞子の成長に適した培地を提供するのである。特殊な防カビ処理が施されなくても、乾燥した状態に保たれるか、湿気を吸ってもすぐに乾くような屋内などに使用された石膏ボードには、一般にカビの繁殖問題は起こらない。

しかしながら上記の用途以外に、その防火性の為に石膏ボードが使われるが、湿気を吸ってからすぐに乾かない場合がある。高層ビルの建設を例に取ってみると、エレベーターシャフトは建物が外壁で囲まれる前に立てられる。

例えば、米国イリノイ州シカゴのＵＳＧ社が製造し、“ＳＨＥＥＴＲＯＣＫ”（登録商標）と言う登録商標の下に市販している石膏ボード製品、ギプサム・ライナー・パネルズ（Ｇｙｐｓｕｍ ｌｉｎｅｒ Ｐａｎｅｌｓ）などの厚い石膏ボードが、防火の目的でエレベーターシャフトの内壁に使用され、この内壁はビルの建設中に雨にさらされ、外壁が建造されるまでに完全に乾燥しない可能性がある。上記のような条件や他のカビの繁殖が可能な環境に使用された石膏ボードは、カビの繁殖への抵抗力を増進することにより改善可能である。

石膏ボードは防カビ剤で処理された加圧圧縮紙をカバーとして使用していることで知られているが、殺菌処理された紙は数々の理由でカビの繁殖抑制には無効である。まず、多くの防カビ剤の効果は、乾燥炉でボードを乾かす工程で高温により失われてしまう。石膏ボードの製造に使用される水もカビの胞子を含んでいる可能性があり、その場合は空気に加えて、硬化した石膏も胞子の供給源となる。環境規定により、カバーシートの表面に存在する防カビ剤の濃度に制限があり、その制限濃度では、カバーシートと硬化した石膏基体部の両方を保護するには充分ではないようである。

石膏スラリーに防カビ剤を添加する様々な試みが実施されてきたが、結果はそれぞれ異なった問題を抱えている。水溶性の防カビ剤は、乾燥処理過程で水と共に移動する傾向があり、水が蒸発した後はカバーシートに堆積する。基体部を無防備なままにするだけでなく、紙カバーシートの防カビ剤の濃度は環境規定を超過する可能性もある。非水溶性の防カビ剤は水性のスラリーへの分散が難しく、表面素材の保護もできない。石膏スラリーに化学物質を直接添加すること自体も、硬化した石膏製品の性質に損害を与える可能性がある。例えば周知の防カビ剤であるホウ酸が、カビの繁殖を大きく抑制するに十分な分量でスラリーに添加されると、出来上がったボードは非常にもろく、乾燥炉から出てローラー上を運ばれている間に割れたり欠けたりする結果に終わってしまう。

石膏ボードを保護する他の技術としては、二段階工程で防カビ剤を含んだ基体部スラリーを防カビ処理されたカバーシートで覆う方法がある。上記の様々な問題に加え、二段階工程は単一段階工程よりも費用が嵩んでしまう。したがって、周知の防カビ剤が数多くあるとは言え、石膏ボードに使用する場合には、費用効果的にカバーシートと石膏ボードパネル基体部の両方をカビの繁殖から保護できる独特な製品を見つける必要がある。

ピリチオン塩（ｐｙｒｉｔｈｉｏｎｅ ｓａｌｔ）は塗装用として公知の抗菌性混和剤である。ピリチオン塩は、米国コネティカット州ノーウォークにあるＡｒｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社が製造し、“オマダインナトリウム”（ｓｏｄｉｕｍ“ＯＭＡＤＩＮＥ”（登録商標））と言う登録商標の下に市販しているもの或いはオマダイン亜鉛（ｚｉｎｃ ＯＭＡＤＩＮＥ）として市販されているものを購入するか、参考のため引用する米国特許３，１５９，６４０号の方法に従って製造することもできる。

先行技術によると、ピリチオン塩は湿式状態で保存料として、あるいはペンキや粘着剤、コーキング材、シーリング材などの乾燥した薄膜形態による一時的な抗菌剤として役立つとされている。米国特許５，９３９，２０３号の開示によると、コーティング組成において、ジョイント・コンパウンドやパッチング・コンパウンドはピリチオン塩の使用に適した基本媒体である。これらのコンパウンドは、数枚の石膏ボードの接合部の隙間やボードの欠陥箇所に拡散されて薄膜を形成する。これらの既製コンパウンドにピリチオンナトリウムを添加すると、当該混合物に対しての湿式保存料の役割を果たし、膜状に乾燥した製品に細菌が繁殖するのを防ぐことになる。

当該発明の一態様としては、別々に抗菌処理せずに防カビ効果を持たせた表面素材と石膏基体部からなる石膏ボードであることを特徴とするものである。
厳密には、当該発明は厚みが少なくとも８分の１インチ（３．２ｍｍ）であるマトリクス状に絡み合った硫酸カルシウム二水塩の結晶体により形成される基体部と、ボードの少なくとも一面に形成された表面素材、及び基体部と表面素材を通して分散されたピリチオン塩（ｐｙｒｉｔｈｉｏｎｅ ｓａｌｔ）からなる防カビ石膏ボードを提供する。

当該発明のもう一つの態様としては、防カビ石膏製品の製造方法に関するものである。
焼石膏と焼石膏を水和させて硫酸カルシウム二水塩を形成するのに必要充分以上の水、及び水溶性ピリチオン塩とからスラリーが形成され、その後に当該スラリーは、シート状の表面素材に堆積される。表面素材上のスラリーはボード状に成形され、焼石膏が水の一部と反応してマトリクス状に絡み合って硬化した石膏の結晶体を含む基体部を形成するのに充分な条件下に保持される。ボードを加熱することにより、焼石膏と反応しなかった水分は蒸発される。この製法によりできた製品は前記の当該発明の更に他の態様である。

当該発明の石膏ボードは湿潤状態となる可能性のある箇所、すなわちエレベーターシャフトなどへの使用に有効である。ピリチオン塩を使用することにより、それが形成するボードの表面を防カビ性にするだけでなく、ボードの厚みを介してのカビの繁殖が低減される。

石膏スラリーにピリチオン塩を添加することで、単一工程のみで凝固硬化した基体部と表面素材を保護できることになる。硬化・乾燥工程で、ピリチオン塩の一部は基体部から表面素材へと移動する。驚くべきことに、水和反応に使われなかった余分な水分がボード表面に移動して乾燥時に蒸発しても、防カビ剤の一部は基体部に残存する。したがって、ピリチオン塩添加のステップは、ボードの厚み方向を通してより優れた防カビ効果が獲得できるのである。

今までに、意外にも判明したことは、石膏スラリーに水溶性のピリチオン塩を添加すると、ピリチオン化合物の一部は基体部に留まり、残りは表面素材に移動し、結果的に表面素材と石膏基体部の両方を保護することである。

抗菌性を持つ水溶性のピリチオン塩であれば、いずれも当該本発明の石膏ボードには有効である。
ピリチオンは２ｍｅｒｃａｐｔｏｐｙｒｉｄｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｉｄｅ、２−ｐｙｒｉｄｉｎｅｔｈｉｏｌ−１−ｏｘｉｄｅ（ＣＡＳ登録番号：１１２１−３１−９）、１−ｈｙｄｒｏｘｙｐｙｒｉｄｉｎｅ−２-ｔｈｉｏｎｅや１ｈｙｄｒｏｘｙ−２（１Ｈ）−ｐｙｒｉｄｉｎｅｔｈｉｏｎｅ（ＣＡＳ登録番号：１１２１−３０−８）など、複数の名称で知られている。ピリチオンナトリウム（ＣＡＳ登録番号：３８１１−７３−２）として知られるこの物質のナトリウム誘導体（Ｃ_５Ｈ_４ＮＯＳＮａ）は特に有効な塩の一例である。

ピリチオン塩は、米国コネティカット州ノーウォークにあるＡｒｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製造のオマダインナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ“ＯＭＡＤＩＮＥ”（登録商標））やオマダイン亜鉛（ｚｉｎｃ ＯＭＡＤＩＮＥ）として市販されている。
実用的なピリチオン塩は水溶性が非常に高い。水温２５℃、ｐＨ７の水に対する重量百分率ベースで溶解度を計測した場合、ピリチオン塩の溶解度は溶解した塩の濃度が最終溶液の少なくとも０．１％になるほど高い。

オマダインナトリウムはピリチオンの好適な形態で、溶解度は約５３％である。一方、カビ防止剤が表面素材にまったくマイグレーション（移動）しないオマダイン亜鉛の溶解度は約０．００１５％である。ピリチオン塩の溶解度は約０．１％〜７５％が好適で、できれば約５％〜６０％、最適度は約３０％〜５５％である。溶解度が約０．１％以上の他のピリチオン塩類も当該石膏ボードに適していると予測される。

防カビ剤がスラリー中に完全に分散したまま残るか、あるいは蒸発中に基体部から漏出して表面素材を通過して蒸発する水と共に表面素材に移動するか、或いは、その一方で、非常に意外にも、ピリチオン塩の効果的な分量だけは未知の何らかのメカニズムにより、マイグレーションせずに、まるで基体部に固定されたかのように残存することは、防カビ剤の溶解度によって完全に保証されるわけではない。

水溶性と可動性が高い分子は、蒸発する水と共に移動し、石膏ボードの表面に残されると予想される。石膏の硫酸カルシウムや他の使用可能な混和剤との反応性が高い防カビ剤は、不溶性になり移動しないか、沈殿物を形成する可能性がある。

防カビ剤の移動性と、スラリー構成物との反応性や溶解性などの性質は共に、防カビ剤の当該発明における使用が適正かどうかを決定するのに寄与する。当該発明において、必要な溶解度を持つピリチオン塩は有用である。

特に驚くべきことは、ピリチオン塩が石膏基体部と表面素材の両方を保護する点である。理論に制約されるつもりはないが、ピリチオン塩の一部はカバーシートに移動し、残りの部分は石膏基体部にしっかりと固定されると考えられている。おそらくピリチオンイオンと反応する為にＣａ^＋＋イオンがゆっくりとナトリウムイオンに置き換わり、移動しにくい、あるいは解けにくい種を作り出している。

また、硫酸カルシウム二水塩の分子がマトリクス形成を始めるにつれて、サイズの大きいピリチオンのイオンは可動性を失い、その大きさ故にマトリクスの隙間に捕捉されると考えることもできる。基体部と表面素材の全体に及んで観測された防カビ剤の分散性は、上記の理論の一方、あるいは相方、または全く別の理論が原因となっているのかもしれない。実際のメカニズムに関わらず、前述された行動を示す防カビ剤は当該発明の石膏ボードにとって有用である。

ピリチオン塩の石膏スラリーへの添加量は有効な量であれば制限はない。ある実施例では、焼石膏１００万部に対して、少なくとも１００部のピリチオン塩が重量ベースで添加されている。ピリチオン塩の全濃度は、焼石膏の重量に基づき、ナトリウム誘導体の等価量で計算される。ピリチオンナトリウムの濃度は、少なくとも１００ｐｐｍが望ましく、できれば１００〜６００ｐｐｍ、さらにできれば１００〜４００ｐｐｍ、またさらに望ましくは２００〜４００ｐｐｍ、最適度は２００〜３００ｐｐｍである。

石膏ボードには複数の辺や面があるが、すべての面を表面素材で覆う必要はない。事情によっては、任意に一つ以上の面が非被覆状態で残される。当該発明で使用されるボードは、少なくとも一面がカビが成長しやすい表面素材によって覆われている。表面素材が栄養素を含んでいる必要はないが、既に栄養素を含んでいればカビの成長をより助けることになる。

「栄養素を含んでいる」表面素材とは、検出可能なレベルにカビを成長させる栄養を供給する何らかの栄養素を含んでいる素材のことである。紙、パルプ、澱粉類を含んでいる表面素材が最も一般的である。栄養素は完成した石膏ボードに適度に含まれているのであって、表面素材の構成要素に特有の性質である必要はない。

例えば澱粉は、基体部とカバーシートの粘着性を高める為、基体部スラリーに添加されることがよくある。水溶性の澱粉は、基体部の芯から漏出する余分な水分と共にシートに運ばれ、接着剤の役割を果たす。乾燥後、表面素材に存在する澱粉はカビの成長を促進するのに充分な量であり、その結果、当該発明の目的に適した「栄養素を含んでいる」表面素材の条件を満たすのである。

好適な表面素材は加圧圧縮紙であり、その理由は一般的な入手可能性と低コストである。カバーシートは、漂白してもよく或いは漂白しなくても良い。
当該発明で使用される加圧紙は一段又はそれ以上の層を持つ。複数の層を持つ加圧紙は、一段またはそれ以上の層が他の層と一点以上の観点で互いに異なっているのが適当であると予想される。また、紙以外の表面素材の当該発明への適応も考えられる。

石膏基体部を形成するスラリーは水と焼石膏より構成される。硫酸カルシウム半水塩か硫酸カルシウム無水塩、あるいは両方を構成する焼石膏がこのスラリーには有用である。硫酸カルシウム半水塩は、アルファ体とベータ体の少なくとも二種類の結晶体を生成する。一般に石膏ボードに使用されるのはベータ硫酸カルシウム半水塩であるが、当該発明にはアルファ硫酸カルシウム半水塩で形成されるボードも有用であると予想される。防カビ剤と以下で説明される他の混和剤がスラリーに加えられる。

スラリーには、石膏ボードを作成するのに都合の良い量の水が存在する。充分な水が乾燥成分に加えられて流動的なスラリーを構成する。焼石膏を完全に水和させて硫酸カルシウム二水塩を形成するのに必要な水量を超えた量の水が適量である。正確な水量は、製品の使用目的、混和剤の量と種類、さらにアルファ半水塩かベータ半水塩のどちらが使用されるかによって、少なくとも部分的に決定される。水とスタッコ（ｓｔｕｃｃｏ）の比率は乾燥した焼石膏の重量に対する水の重量に基づき計算される。好適な比率の範囲はおよそ０．６：１から１：１ぐらいである。

当該発明の実施例の中では、完成品の一特性、あるいは複数の特性を変更する目的で複数の混和剤が石膏スラリーに添加される。以下で報告される濃度は完成ボード１０００平方フィート（９２．９平方メートル：以下“ＭＳＦ”）毎の量である。

製品の密度や強度を高める為、約６〜２０ポンド（２．７〜９ｋｇ）／ＭＳＦの分量で澱粉や消泡剤が使用されている。水和反応が行われるときの反応速度を調整する目的で、凝固遅延剤（最高約２ポンド（９０７ｇ）／ＭＳＦ）や凝固促進剤（最高約３５ポンド（１５．８８ｋｇ）／ＭＳＦ）も添加される。カルシウムサルフォアルミネート（ｃａｃｉｕｍ ｓｕｌｆｏａｌｕｍｉｎａｔｅ：以下“ＣＳＡ”）は凝固促進剤で、硫酸カルシウム二水塩９５％と糖質５％を粉砕し、糖質をカラメル状にする為に１２１℃で加熱したものから構成している。

ＣＳＡは、米国ＵＳＧ社のオークラホーマ州サウサード工場より購入可能で、米国特許３，５７３，９４７号（参考のため引用）の製法に基づき生産されている。グラスファイバーは少なくとも９ポンド（４．１ｋｇ）／ＭＳＦの割合でスラリーに任意に添加される。

最大１５ポンド／ＭＳＦの紙繊維も又、当該スラリーに添加される。分散剤や界面活性剤はスラリーの粘性や表面特性を調整するために添加される一般的な混和剤である。

好適な分散剤はナフタレンスルホン酸（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ ｓｕｌｆｏｎａｔｅ）で、米国オハイオ州クリーブランドのＧＥＯ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社が製造し“ＤＩＬＯＷＦＬＯＷ”（登録商標）と言う登録商標の下に市販しているものなどが好ましい。可能ならば、分散剤は１６ポンド（７．３ｋｇ）／ＭＳＦの割合で基体部スラリーに添加する。詳細は以下で説明するが、石膏ボード完成品の耐水性を高める為、ワックス乳剤が最高２０ガロン（７５．７ｌ）／ＭＳＦの割合で石膏スラリーに添加される。

他の混和剤に加え、ピリチオン塩も有用である。ピリチオン塩は、他の混和剤と併用しても、知られている限りでは何ら弊害もない。したがって、硬化した石膏基体部の他の特性を調整する為に、石膏基体部スラリーに添加される混和剤と混合してもピリチオン塩は有益であると考えられる。

硬化した石膏含有製品を多孔質にして軽量化する目的で気泡導入剤を使用する、当該発明の実施例の中で、硬化した石膏製品の発泡処理に適することで知られている従来の気泡導入剤であれば何を使ってもよい。該当する気泡導入剤の多くは周知で、例えば米国ペンシルベニア州アンブラーのＧＥＯ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社などから何時でも購入可能である。発泡体や、適切な石膏製品の発泡処理製法は、参考のため引用する米国特許５，６８３，６３５号に開示されている。

いくつかの実施例では、石膏製品の強度を高め、凝固した石膏のたるみ抵抗（ｓａｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を軽減する目的でトリメタリン酸化合物（ｔｒｉｍｅｔａｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）が石膏スラリーに加えられている。トリメタリン酸化合物の濃度は、焼石膏の重量をベースにして、約０．１〜２．０％が望ましい。トリメタリン酸化合物を含有した石膏組成は、参考のため引用する米国特許６，３４２，２８４号に開示されている。

典型的なトリメタリン酸塩の例としては、米国ミズーリ州セントルイスのＡｓｔａｒｉｓ社より購入できるトリメタリン酸ナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ ｔｒｉｍｅｔａｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、トリメタリン酸カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｔｒｉｍｅｔａｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、トリメタリン酸リチウム塩（ｌｉｔｈｉｕｍ ｓａｌｔｓ ｏｆ ｔｒｉｍｅｔａｐｈｏｓｐｈａｔｅ）などがある。

上記に加え、石膏組成には糊化澱粉や酸変性澱粉などの澱粉を任意に加えることができる。糊化澱粉を添加することにより、硬化・乾燥した石膏ボードの強度を高め、高湿気環境（例：焼石膏に対する水分率の上昇）でのカバーシート剥離の可能性を最低限に抑制することができる。通常の技術を持った当業者にとっては、生澱粉を糊化する方法、例えば最低１８５°Ｆ（８５℃）の湯で生澱粉を加熱する方法或いはその他の方法などは簡単に理解できる。

糊化澱粉の適例としては、米国Ｌａｕｈｏｆｆ Ｇｒａｉｎ Ｃｏｍｐａｎｙ社市販のＰＣＦ１０００や、Ａｒｃｈｅｒ Ｄａｎｉｅｌｓ Ｍｉｄｌａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ市販のＡＭＥＲＩＫＯＲ８１８やＨＱＭ ＰＲＥＧＥＬなどの澱粉があるが、これらに限定されるわけではない。添加する場合、糊化澱粉の適量に制限はない。

例えば、糊化澱粉は硬化した石膏組成の重量に対して０．５〜１０％となるように硬化した石膏組成を構成するために使用される混合体に添加することができる。
当該発明の好適な実施例は、防カビ性の耐水性石膏ボードを構成する。耐水性石膏ボード、通称「グリーンボード」は、当業者によく知られている。耐水性石膏ボードの一実施例は、参考のため引用する米国特許２，４３２，９６３号に開示されている。

ここで石膏スラリーには重量で約５〜１５％のワックス・アスファルト乳剤が添加されている。好適なワックスはパラフィンワックスで、１６５°Ｆ（７４℃）以下の融点を持つことが望ましい。ワックスとアスファルトの比率は約１：１〜１：１０である。好適なアスファルトの環球法軟化点は、１８５°Ｆ（８５℃）を越えないものである。ワックスとアスファルトの乳剤は、分散剤を用いてワックスとアスファルトを分散して乳剤を形成してから勝手のよい方法で石膏スラリーに添加される。

また別の耐水性石膏ボードの実施例は、参考のため引用される、ソン（Ｓｏｎｇ）氏による米国特許６，０１０，５９６号の中で開示され、ここでワックス乳剤は基体部スラリーに添加されている。

当該石膏ボードの厚みは、製造過程での過度の破損を避ける為、８分の１インチ（３．２ｍｍ）から２インチ（５０．８ｍｍ）、あるいは約４分の３インチ（１９ｍｍ）から１と４分の１インチ（３１．８ｍｍ）、または約２分の１インチ（１２．７ｍｍ）から１インチ（２５．４ｍｍ）である。

ボードの正確な厚みは最終用途次第で決められる。高度の防火性が要求される場合には厚目のボードが頻繁に使用され、家庭内でのバスルームなど湿度の高いところでは比較的薄目のボードが使用される。厚み１インチ（２５．４ｍｍ）の“ＳＨＥＥＴＲＯＣＫ”（登録商標）と言う登録商標の下に市販されている内壁石膏ボード、“ギプサム・ライナー・パネルズ（Ｇｙｐｓｕｍ ｌｉｎｅｒ Ｐａｎｅｌｓ）”などは、商業ビルのエレベーターシャフトの内壁に使用されている。

石膏ボードはバッチ式工程で一枚ずつ製造できるが、より一般的な製法では連続工程で長い帯状のボードに製造され、必要な長さに切断される。定形の表面素材が使用され、石膏スラリーを受ける為の場所に設置される。

表面素材は、一続きのボードを形成するのに適した幅で、必要な最終寸法を持つパネルを作る為には二度の切断で済む幅である事が望ましい。表面素材は連続してボード生産ラインに給送される。

スラリーは乾燥成分と液状成分の混合で形成される。当該スラリーの乾燥成分、焼石膏及び他の粉末混和剤はミキサー投入前に一旦混合される。水は計量されて、ミキサーに直接投入され、液状の混和剤はそのミキサー内の水に添加される。それからミキサーが始動され、短時間で液状成分が混合される。Ａｒｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製造のオマダインナトリウムは、ピリチオンナトリウムの４０％水懸濁液として販売されており、これを購入した場合はスラリー液状成分に添加する。ミキサー内の液状成分に乾燥成分が追加され、乾燥成分が水和するまで混合される。

その後スラリーは均質になるまで混合される。通常、完成基体部の密度を調整する為、泡水溶液がスラリーに混入される。一般にそのような泡水溶液は、スラリーに導入される前に、適切な気泡導入剤と水と空気から高剪断混合機を用いて生成される。泡水溶液はミキサー内のスラリーに加えられるのでもよいが、できればミキサーから放出導管への排出時に添加されるのがよい。

例としては、参考のため引用する米国特許５，６８３，６３５号を参照のこと。石膏ボード工場では、多くの場合、常に固体や液体がミキサーに添加される一方、出来上がったスラリーは連続的にミキサーから放出される。スラリーがミキサー内に留まる平均時間は３０秒以下である。

スラリーは連続的に一つ、あるいは複数のミキサーの放出口から放出導管を通って送出され、表面素材を積載したコンベヤー上に堆積され、ボード状に成形される。もう一枚の紙製カバーシートがスラリーの上から任意に重ねられ、スラリーは結果的に完成した石膏ボードの表面素材を構成する二枚の移動するカバーシートに挟まれることになる。

完成ボードの厚みは成形ローラーにより調整され、ボードの端部は適切な機械装置により成形される。この機械装置は重複する紙の縁部の折線付け、折り返し、糊付けを繰り返す。凝固しながらベルトコンベヤー上を移動するスラリーの厚みと幅は、付加的なガイドにより維持される。型が維持される一方、焼石膏が水の一部と反応して凝固し且つマトリクス状に絡み合う石膏結晶体を形成するのに充分な条件（つまり、約１２０°Ｆ（４８．８８℃）以下の温度）が保たれる。それから石膏ボードは切断され、必要な形に仕上げられてから、硬化しているが若干湿気を含んでいる状態にする為に乾燥機へ送られる。

できれば乾燥工程は二段階式にする。最初の段階では、ボードは高温炉で乾燥され、急速な加熱と余計な水分の抜き出しを行う。乾燥炉の温度と乾燥時間はボードの厚みにより決定する。例えば、２分の１インチ（１２．７ｍｍ）表面の水分が蒸発するにつれて、毛管現象によりボード内部の水分が表面の水と置換される。比較的急速な水分の移動により、澱粉とピリチオン塩も移動し、カバーシートに定着する。二段階目の炉熱は、ボードの焼成を防ぐ為、１５０°Ｆ（６５．５℃）以下に設定する。

石膏ボード表面のカビの増殖度を測る標準試験は存在しない。そのため当業界では、本来ペンキや他の屋内表面塗装のカビ増殖度検査用に開発された、参考のため引用するＡＳＴＭ規格Ｄ３２７３を応用している。

この試験法は、下記に簡潔に記載するように、過酷な屋内環境下におけるカビ、菌類、白カビなどの表面カビ菌やそれらの繁殖に対する石膏ボードの相対抵抗力を評価する。Ｄ３２７３試験法に準拠した石膏ボードの試験成績がランキングと一致しても、特定の防カビ作用継続期間を示すわけではないが、ランクの高い製品の方が多くの場合に実際の最終用途でより優れた性能を示している。

厚み２分の１インチ（１２．７ｍｍ）あるいは１インチ（２５．４ｍｍ）の石膏ボードの試料を３×１１インチ（７６．２×２７９．４ｍｍ）に切断した。試料は、環境室内で上記試験法指定の複数の特定菌種が植え付けられた土壌の３インチ（７６．２ｍｍ）上に垂直に吊り下げられた。環境室内条件は合計４週間の間、気温９０°Ｆ（３２．２℃）、相対湿度９０％に維持された。

一週間ごとに試料の一部を無作為に選択し、表面のカビの成長度を測定するために顕微鏡下で観察を行った。各試料は、観察ごとに全くカビの成長がないものは１０点、１００％カビに覆われているものは０点としてランクを付けられた。顕微鏡での観察後、試料は環境室に戻された。

実施例１で、カバーシートと石膏基体部両方の評価を可能にする為、Ｄ３２７３試験法には若干の変更がなされた。石膏基体部の切断面も環境に触れさせる為、切断面がカバーシートで被覆されないように試料は準備され、毎週試料が評価される際に、石膏基体部のカビの成長度はカバーシートとは別に顕微鏡下で観察された。石膏基体部とカバーシートのランク付けも別々に行われた。

下記の実施例では、別段規定がない限り、濃度は乾燥成分の重量ベースで記録されている。市販製品の濃度は１０００平方フィート（９２．９平方メートル：“ＭＳＦ”）の完成石膏ボードを基準に計測される為、生産されるボードの厚みにより変化が生じる。

石膏ボードは表１記載の配合で実験室で製造された。

ベータ半水塩はスタッコとして米国ＵＳＧ社のオクラホマ州サウサード工場より入手可能である。トリメタリン酸ナトリウムは米国ミズーリ州セントルイスのＡｓｔａｒｉｓ社より購入できる。糊化澱粉は米国ミズーリ州セントルイスのＬａｕｈｏｆｆ Ｇｒａｉｎ Ｃｏｍｐａｎｙ社市販のＰＣＦ１０００澱粉である。使用したピリチオンナトリウムは米国コネティカット州ノーウォークのＡｒｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製造のオマダインナトリウムで、焼石膏の重量を基本に濃度４００ｐｐｍになるよう添加された。

各試料につき、上記の成分が混合され、水和させる為に約１５分間放置された。スラリーはワーリングブレンダーの中速で１５秒間混合され、未処理の耐水紙上に厚さ２分の１インチ（１２．７ｍｍ）になるように注がれた。ボードが硬化した後、３５０°Ｆ（１７６．６６℃）の乾燥炉で約３０分間乾燥された後、１１０°Ｆ（４３．３３℃）で一晩乾燥された。

両試料は上述のＡＳＴＭ規格Ｄ３２７３試験法に準拠する温度と湿度を保有する環境室に設置された。各試料につき、週一回、合計４週間のランキングは表２に示す。

表２は対照試料と試験試料Ｔ１の微生物試験結果を示している。対照試料の全表面形状がテスト開始後９日以内で事実上崩壊を続けていく中、当該発明の試験試料はカバーシート、石膏基体部ともに非常にわずかなカビの成長しか観察されなかった。

興味深いことに、発明試料Ｔ１のカバーシートと基体部は第２週、第３週で約１０％ほどがカビに覆われていたが、４週目にはほとんど全滅していた。一旦繁殖を始めたカビが、テスト期間中に防カビ剤によって殺菌されたようである。顕微鏡観察の対象部分が無造作に選択されている為、試験結果の多少のばらつきは予想内である。

三枚のシートロック（“ＳＨＥＥＴＲＯＣＫ”（登録商標））と言う登録商標の下に市販されている“ギプサム・ライナー・パネルズ（Ｇｙｐｓｕｍ ｌｉｎｅｒ Ｐａｎｅｌｓ）”からなる試料が、基本的に上述の商業的工程に従って、ボード工場で製造された。未改質の対照試料はＢ１３３と名付けられた。配合は表３に示す。

二つ目の試料Ｂ１３４には、１８ガロン（８２ｌ）／ＭＳＦのワックス乳液と３ポンド（１．３５ｋｇ）／ＭＳＦのホウ酸が添加された石膏基体部である。この第２のサンプルは、防カビ処理されたカバーシートが使用された。

“ＭＥＴＡＳＯＬ ＴＫ−１００”（登録商標）と言う登録商標を持つ防カビ剤で前処理された紙は、米国ジョージア州オーステルにあるＣａｒａｕｓｔａｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社より購入された。ワックス乳剤（カナダのケベック州にあるＢａｋｏｒ社製造のＡＱＵＡＬＩＴＥ ７０）は防水性を改善する為に試験試料に添加された。分散剤としてはＤＩＬＯＦＬＯＷ（米国オハイオ州クリーブランドのＧＥＯ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製造）、気泡導入剤としてはＡＬＰＨＡ ＦＯＡＭＥＲ（カナダのオンタリオ州にあるＳｔｅｐａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製造）、遅延剤としてはＶＥＲＳＥＮＥＸ ８０（米国ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製造）が購入された。

三つ目の試料Ｂ１３５には、ホウ酸の代わりにオマダインナトリウムが使用された。Ｂ１３５には、Ｂ１３４と同様の前処理シートと同濃度のワックス乳剤が使用されている。オマダインナトリウムの使用濃度は２ポンド（０．９ｋｇ）／ＭＳＦで、２００ｐｐｍと等価である。表３記載のＢ１３３組成に追加された混和剤のまとめは下記の表４に示す。

全試料は上述のＡＳＴＭ規格Ｄ３２７３試験法に準拠する温度と湿度を保有する環境室に設置された。試験試料は毎週、４週間に渡って評価された。各試料につき、週一回、合計４週間のランキングは表５に示す。

表５は試料Ｂ１３３，Ｂ１３４，及びＢ１３５の微生物試験結果を示している。対照試料の全表面形状がテスト開始後９日以内で事実上崩壊を続けていく中、防カビ処理の施された試料のカバーシートでは、カビの成長は抑制されていた。他種の防カビ剤であるホウ酸で処理された試料Ｂ１３４は、初めの９日間は防カビ性を維持したが、急激にカビの繁殖に圧倒され、１４日目には形状崩壊を続けていた。ピリチオンナトリウムで処理された試料Ｂ１３５は、テストの全期間中、優秀な防カビ性を示した。

試料Ｂ１３４とＢ１３５の比較は、当該発明におけるピリチオンの重要性を明白にしている。ホウ酸などの他の防カビ剤は、ピリチオンナトリウムと同等の防カビ性を提供しない。当該発明において有用性を持つことで知られる防カビ剤はピリチオン塩類のみであるが、他にも石膏基体部への使用に適当、且つ完成した石膏ボードのカバーシートに移動する性質を持つ防カビ剤が存在すると予測される。

追加試験として、実施例１より低い濃度のピリチオンナトリウムと、未処理のカバーシートを使用したテストを実施した。
二種類の市販試料は実施例２の工程に従って準備されたが、カバーシートは防カビ剤で前処理されなかった。対照試料２は、表３記述のＢ１３３組成に準じて作成された。試験試料Ｔ２の基本組成は同様に構成されたが、オマダインナトリウムは濃度が２００ｐｐｍになるように２ポンド（９０７ｇ）／ＭＳＦの割合で添加された。カバーシートは未処理で、どちらの試料もワックス乳剤は使用しなかった。テストは上述のＤ３２７３試験法に準じて実施された。初めの２週間のテスト結果は下記に示す。

オマダインナトリウムの濃度が２００ｐｐｍでも、Ｔ２ボードの方が未処理のボードより高い防カビ性を示した。異なる実施例の結果を比較するのは困難ではあるが、興味深いことに、未処理のシートを使用したＴ２の２週間後の防カビ性は、防カビ処理されたシートを使用したＢ１３５とほぼ同じであった。

当該発明の防カビ石膏ボードとその製造法に関する特定の実施例を提示してきたが、当該発明の広義の解釈、及び以下の特許請求の範囲より離れない限りでの変更や修正は、当業者にとって役立つものである。

Claims (16)

1. 焼石膏と全ての焼石膏を水和させて硫酸カルシウム二水塩を形成するのに必要充分以上の水、及び水溶性ピリチオン塩からなるスラリーを形成する工程、
   シート状の表面素材上に当該スラリーを堆積する工程、
   該表面素材上の該スラリーをボード状に成形する工程、
   該焼石膏が水の一部と反応して、マトリクス状に絡み合って硬化した石膏の結晶体により構成される基体部を形成するのに充分な条件下に当該スラリーを保持する工程、及び
   当該ボードを加熱することにより、該焼石膏と反応しなかった水分を蒸発させる工程、
   とからなる防カビ石膏製品の製造方法。
2. 当該ピリチオン塩がピリチオンナトリウムよりなる事を特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 当該スラリーがさらに硬化促進剤、硬化遅延剤、泡水溶液、分散剤、界面活性剤、及び澱粉の内、少なくとも一つを含有する事を特徴とする請求項１に記載の製造方法。
4. 当該表面素材が前記スラリー堆積以前に防カビ剤を含有しない事を特徴とする請求項１に記載の製造方法。
5. 当該表面素材が紙製である事を特徴とする請求項１に記載の製造方法。
6. 当該紙が、多層加圧紙である事を特徴とする請求項５に記載の製造方法。
7. 当該スラリーが、当該焼石膏１重量部に対し少なくとも水０．６重量部を含有する事を特徴とする請求項１に記載の製造方法。
8. 当該ピリチオン塩が、ナトリウム塩と同等物として、且つ当該焼石膏の重量を基本とする計算に基づいて、少なくとも１００ｐｐｍの濃度で当該スラリー内に存在する事を特徴とする請求項１に記載の製造方法。
9. 当該ボード成形工程以前に、さらに第２の表面素材用のシートを当該スラリー上に載せる事を特徴とする請求項１に記載の製造方法。
10. 当該焼石膏が、ベータ硫酸カルシウム半水塩からなる事を特徴とする請求項１に記載の製造方法。
11. 前記加熱する工程では、温度１４９℃以上の炉中で当該ボードを加熱することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
12. 防カビ石膏ボードにおいて、
    当該防カビ石膏ボードが、複数の面を持ち、厚みが少なくとも３．２ｍｍあるマトリクス状に絡み合った硫酸カルシウム二水塩の結晶体により形成される基体部、少なくとも当該ボードの一面に貼り付けられた表面素材、及び当該基体部と当該表面素材の全体に分散されたピリチオン塩からなる事を特徴とする防カビ石膏ボード。
13. 上記表面素材が紙製である事を特徴とする請求項１２に記載の防カビ石膏ボード。
14. 当該基体部の少なくとも二面上に表面素材を有している事を特徴とする請求項１２に記載の防カビ石膏ボード。
15. 当該防カビ石膏ボードがさらに硬化促進剤、硬化遅延剤、気泡導入剤、分散剤、界面活性剤、及び澱粉の内、少なくとも一つを含有する事を特徴とする請求項１２に記載の防カビ石膏ボード。
16. 焼石膏と全ての焼石膏を水和させて硫酸カルシウム二水塩を形成するのに必要充分以上の水、及び水溶性ピリチオン塩からなるスラリーを形成する工程、
    シート状の表面素材上に当該スラリーを堆積する工程、
    該表面素材上の該スラリーをボード状に成形する工程、
    該焼石膏が水の一部と反応して、マトリクス状に絡み合って硬化した石膏の結晶体により構成される基体部を形成するのに充分な条件下に当該スラリーを保持する工程、及び
    当該ボードを加熱することにより、該焼石膏と反応しなかった水分を蒸発させる工程、
    とからなる製造方法により形成された事を特徴とする防カビ石膏ボード。