JP5922614B2 - 高デンプン軽量石膏ウォールボード - Google Patents

高デンプン軽量石膏ウォールボード Download PDF

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Description

本発明は、α化デンプン及びナフタレンスルホネート分散剤を含む石膏スラリーの作製方法、並びにその石膏スラリーから作製される製品に関する。本発明はまた、製品の作製に用いられるスラリー中でナフタレンスルホネート分散剤をα化デンプンと組み合わせて用いて、ウォールボードを始めとする石膏含有製品の乾燥強度を増加させる方法に関する。
石膏（硫酸カルシウム二水和物）は、そのある種の特性により、石膏ウォールボード等の工業製品及び建材の作製において極めて一般的に使用されるようになっている。石膏は、豊富で一般に安価な原材料であり、脱水及び再水和の過程を通じて、鋳造、成型又は他の方法で有用な形状に形成することができる。石膏ウォールボード及び他の石膏製品を製造するためのベース材料は、一般に「スタッコ」と呼ばれる硫酸カルシウム半水和物（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）であり、これは、硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）を熱変換し、１〜１／２の水分子を除去するによって生産される。
石膏ウォールボード等の従来の石膏含有製品は、低価格、加工容易性等の多くの利点を有するが、製品を切断又は穴あけする際、相当な量の石膏粉が発生する可能性がある。スラリーの成分としてデンプンを用いる石膏含有製品作製において、様々な改善が実現されている。デンプンは、石膏ウォールボードを始めとする石膏含有製品の曲げ強度及び圧縮強度を増加させることができる。既知の石膏ウォールボードは、約１０ｌｂｓ／ＭＳＦ未満の濃度で食用デンプンを含む。
スラリーの適切な流動性を確保するために、α化デンプンを含む石膏スラリー中には相当な量の水を用いる必要がある。残念ながら、この水のほとんどは最終的に加熱によって追い出す必要があるが、これは、加熱プロセスに用いられる燃料の高い価格のために費用がかかる。加熱工程は時間もかかる。ナフタレンスルホネート分散剤の使用により、スラリーの流動性を増加させることができ、その結果、水所要量の問題が克服されることが判明した。さらに、ナフタレンスルホネート分散剤は、使用濃度が十分に高いと、乾燥後、α化デンプンと架橋結合して、石膏結晶を結合させることができ、その結果、石膏混合物の乾燥強度を増加させることが判明した。従来、トリメタリン酸塩は、石膏スラリーの水の所要量に影響するものとは認識されていなかった。しかし、本発明者らは、特定の分散剤の存在下で、トリメタリン酸塩の濃度を、これまで知られていなかった濃度まで増加させることにより、高濃度のデンプンの存在下でも、水の量が予想外に低減した状態で、スラリーの適切な流動性が実現可能になることを見出した。これはもちろん、次の水の除去工程に関わる燃料使用量及びプロセス所要時間を低減させる点で非常に望ましい。本発明者らはまた、ウォールボードの作製に用いられるスラリー中でナフタレンスルホネート分散剤をα化デンプンと組み合わせて用いることによって、石膏ボードの乾燥強度を増加させることができることを見出した。
本発明は、スタッコ、ナフタレンスルホネート分散剤及びα化デンプンを含むスラリーを包含する。ナフタレンスルホネート分散剤は、乾燥スタッコの重量に対して約０．１重量％〜３．０重量％の量で存在する。α化デンプンは、配合物中の乾燥スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約１０重量％の量で存在する。スラリーの他の添加剤としては、促進剤、結合剤、紙繊維又はガラス繊維、及び他の既知の成分を挙げることができる。本発明はまた、このようなスラリーで作製される石膏含有製品を包含する。
本発明はまた、スタッコ、トリメタリン酸塩、ナフタレンスルホネート分散剤及びα化デンプンを含むスラリーを包含する。トリメタリン酸ナトリウムは、スタッコの重量に対して少なくとも約０．１２重量％の量で存在する。好ましい実施形態では、トリメタリン酸塩は、乾燥スタッコの重量に対して約０．１２〜０．４重量％の量で存在する。ナフタレンスルホネート分散剤は、乾燥スタッコの重量に対して約０．１重量％〜３．０重量％の量で存在する。α化デンプンは、配合物中の乾燥スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約１０重量％の量で存在する。スラリーの他の添加剤としては、促進剤、結合剤、紙繊維又はガラス繊維、及び他の既知の成分を挙げることができる。本発明はまた、このようなスラリーで作製される石膏含有製品を包含する。
好ましい石膏含有製品は、石膏ウォールボードである。この実施形態では、本発明は、２枚の実質的に平行なカバーシートの間に形成された硬化石膏組成物を含む石膏ウォールボードを構成し、この硬化石膏組成物は、水、スタッコ、α化デンプン及びナフタレンスルホネート分散剤の石膏含有スラリーを用いて作製される。この石膏含有スラリーは、場合により、トリメタリン酸塩（例えば、トリメタリン酸ナトリウム）を含むことができる。本発明に従って作製されるこの石膏ウォールボードは、従来のボードよりもはるかに軽い重量にも関わらず、高強度を有する。さらに、この実施形態に従って作製されるウォールボードは、切断したり、鋸引きしたり、折ったり、穴あけしたりする際に発生する粉がはるかに少ない。
別の実施形態では、本発明は、水、スタッコ、α化デンプン及びナフタレンスルホネート分散剤を含む石膏含有スラリーを混合することによって、石膏ウォールボードを作製する方法を構成し、α化デンプンは、スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約１０％の量で存在する。得られる石膏含有スラリーを第１の紙のカバーシート上に堆積し、堆積したスラリーの上に第２の紙のカバーシートを配置することによって、石膏ウォールボードが形成される。この石膏ウォールボードは、石膏含有スラリーが切断に十分な程度に硬化した後、切断し、得られる石膏ウォールボードは乾燥する。石膏含有スラリーは、場合により、トリメタリン酸塩（例えば、トリメタリン酸ナトリウム）を含むことができる。必要に応じて、他の従来の成分（促進剤、結合剤、紙繊維、ガラス繊維等）をスラリー中に用いる。通常、最終の石膏ウォールボード製品の密度を低減させるために、セッケン泡を加える。
本発明の一実施形態によれば、スタッコ、α化デンプン及びナフタレンスルホネート分散剤を含む石膏含有スラリーから作製される、完成した石膏含有製品が提供される。ナフタレンスルホネート分散剤は、乾燥スタッコの重量に対して約０．１重量％〜３．０重量％の量で存在する。α化デンプンは、配合物中の乾燥スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約１０重量％の量で存在する。スラリー中に用いることのできる他の成分としては、結合剤、紙繊維、ガラス繊維及び促進剤が挙げられる。通常、最終の石膏含有製品（例えば、石膏ウォールボード）の密度を低減させるために、セッケン泡を、新規の配合の石膏含有スラリーに加える。
場合により、約０．５重量％〜約１０％のα化デンプン、約０．１重量％〜約３．０重量％のナフタレンスルホネート分散剤及び約０．１２重量％〜約０．４重量％のトリメタリン酸塩（すべて、石膏スラリー中に用いられる乾燥スタッコの重量を基準とする。）の組合せは、石膏スラリーの流動性を予想外に顕著に増加させる。これは、石膏ウォールボード等の石膏含有製品の作製に用いられる、十分な流動性を有する石膏スラリーを生成するのに必要な水の量をかなり低減させる。標準的な配合物の濃度の少なくとも約２倍（トリメタリン酸ナトリウムに換算）のトリメタリン酸塩の濃度により、ナフタレンスルホネート分散剤の分散活性が増強されると考えられる。
本発明に用いられるナフタレンスルホネート分散剤としては、ポリナフタレンスルホン酸及びその塩（ポリナフタレンスルホネート）、並びに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が挙げられる。特に、望ましい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及びナフタレンスルホン酸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３０００〜２７０００で変動し得るが、約８０００〜１００００の分子量が好ましい。所与の固体％の水溶液において、より高い分子量の分散剤は、より低い分子量の分散剤と比較して、より高い粘性を有し、配合物中の水の所要量をより多くする。有用なナフタレンスルホネートとしては、ＤＩＬＯＦＬＯ（ＧＥＯ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ、Ｏｈｉｏ）から入手可能）、ＤＡＸＡＤ（Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ．（Ｌｅｘｉｎｇｔｏｎ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から入手可能）、及びＬＯＭＡＲ Ｄ（ＧＥＯ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｌａｆａｙｅｔｔｅ、Ｉｎｄｉａｎａ）から入手可能）が挙げられる。ナフタレンスルホネートは、例えば、３５〜５５重量％の固体含有量の範囲で、水溶液として用いることが好ましい。ナフタレンスルホネートは、例えば、４０〜４５重量％の固体含有量の範囲で、水溶液の形態で用いることが最も好ましい。或いは、必要に応じて、ナフタレンスルホネートは、例えばＬＯＭＡＲ Ｄのように、乾燥固体又は粉末形態で用いることができる。
本発明に有用なポリナフタレンスルホネートは、下記一般構造（Ｉ）を有する。
Figure 0005922614
 ［式中、ｎ＞２であり、Ｍは、ナトリウム、カリウム、カルシウム等である。］
ナフタレンスルホネート分散剤は、好ましくは、約４５重量％の水溶液として、石膏混合配合物中に用いられる乾燥スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約３．０重量％の範囲で用いることができる。ナフタレンスルホネート分散剤のより好ましい範囲は、乾燥スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約２．０重量％であり、最も好ましい範囲は、乾燥スタッコの重量に対して約０．７重量％〜約２．０重量％である。対照的に、既知の石膏ウォールボードは、乾燥スタッコの重量に対して約０．４重量％以下の濃度でこの分散剤を含む。
言い換えると、ナフタレンスルホネート分散剤は、乾燥重量ベースで、石膏混合配合物中に用いられる乾燥スタッコの重量に対して約０．１重量％〜約１．５重量％の範囲で用いることができる。ナフタレンスルホネート分散剤のより好ましい範囲は、乾燥固体ベースで、乾燥スタッコの重量に対して約０．２５重量％〜約０．７重量％であり、最も好ましい範囲（乾燥固体ベース）は、乾燥スタッコの重量に対して約０．３重量％〜約０．７重量％である。
石膏含有スラリーは、場合により、トリメタリン酸塩（例えば、トリメタリン酸ナトリウム）を含むことができる。任意の適当な水溶性のメタホスフェート又はポリホスフェートを、本発明に従って用いることができる。複塩（すなわち２種の陽イオンを有するトリメタリン酸塩）を始めとするトリメタリン酸塩を用いることが好ましい。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、又はそれらの組合せが挙げられる。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。トリメタリン酸塩は、例えば、約１０〜１５重量％の固体含有量の範囲で、水溶液として用いることが好ましい。Ｙｕらの米国特許第６４０９８２５号（参照されることにより本明細書に組み込まれる。）に記載されているように、他の環式又は非環式ポリホスフェートを用いることもできる。
トリメタリン酸ナトリウムは、石膏含有組成物の既知の添加剤であるが、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対して約０．０５重量％〜約０．０８重量％の範囲で用いられる。本発明の実施形態では、トリメタリン酸ナトリウム（又は他の水溶性メタホスフェート若しくはポリホスフェート）は、石膏混合配合物中に用いられる乾燥スタッコの重量に対して約０．１２重量％〜約０．４重量％の範囲で存在し得る。トリメタリン酸ナトリウム（又は他の水溶性メタホスフェート若しくはポリホスフェート）の好ましい範囲は、石膏混合配合物中に用いられる乾燥スタッコの重量に対して約０．１２重量％〜約０．３重量％である。
α型及びβ型の２種の形態のスタッコが存在する。これらの２種のスタッコは、異なる焼成方法によって生成される。本発明においては、β型又はα型のスタッコのいずれも用いることができる。
本発明で調製される石膏含有スラリーには、デンプン、特にα化デンプンを用いる。好ましいα化デンプンは、α化コーンスターチ、例えば、Ｂｕｎｇｅ Ｍｉｌｌｉｎｇ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、Ｍｉｓｓｏｕｒｉ）から入手可能なα化コーンフラワーであり、次の典型的な分析結果を有する。水分：７．５％；タンパク質：８．０％；油：０．５％；粗繊維：０．５％；灰分：０．３％；生強度：０．４８ｐｓｉ；疎充填かさ密度：３５．０ｌｂ／ｆｔ３。α化コーンスターチは、石膏含有スラリー中に用いられる乾燥スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約１０重量％の量で用いるのが好ましい。
本発明者らはさらに、約０．１重量％〜約３．０重量％のナフタレンスルホネート分散剤の存在下で、約０．５重量％〜約１０重量％のα化デンプン（好ましくはα化コーンスターチ）（デンプン及びナフタレンスルホネートの濃度は、配合物中に存在する乾燥スタッコの重量を基準とする。）を用いることによって、（特にウォールボードにおいて）乾燥強度の予想外の増加が可能となることを見出した。この予想外の結果は、水溶性のメタホスフェート又はポリホスフェートが存在しても、存在しなくても得ることができる。
さらに、意外なことに、本発明に従って作製される乾燥した石膏ウォールボードにおいて、少なくとも約１０ｌｂ／ＭＳＦの濃度でα化デンプンを用いることができ、その場合でも高強度及び軽量が実現可能であることが判明した。石膏ウォールボードにおいて、３５〜４５ｌｂ／ＭＳＦもの高濃度のα化デンプンが有効であることが示された。例として、後掲の表１及び２に示す配合Ｂは４５ｌｂ／ＭＳＦを含み、それにも関わらず、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Ｂ）では、ナフタレンスルホネート分散剤の４５重量％の水溶液を、１．２８重量％の濃度で用いた。
他の有用なデンプンとしては、酸修飾デンプン、例えば、Ｂｕｎｇｅ Ｍｉｌｌｉｎｇ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、Ｍｉｓｓｏｕｒｉ）からＨＩ−ＢＯＮＤとして入手可能な酸修飾コーンフラワーが挙げられる。このデンプンは、次の典型的な分析結果を有する。水分：１０．０％；油：１．４％；可溶性物質：１７．０％；アルカリ流動性：９８．０％；疎充填かさ密度：３０ｌｂ／ｆｔ３；ｐＨ４．３を生じる２０％のスラリー。他の有用なデンプンは、非α化コムギデンプン、例えば、ＡＤＭ／Ｏｇｉｌｖｉｅ（Ｍｏｎｔｒｅａｌ、Ｑｕｅｂｅｃ、Ｃａｎａｄａ）から入手可能なＥＣＯＳＯＬ−４５である。
本発明において、ナフタレンスルホネート分散剤及びトリメタリン酸塩の組合せを、α化コーンスターチと、さらに、任意選択で紙繊維又はガラス繊維と組み合わせると、さらに意外な結果が実現される。これらの３種の成分を含む配合物から作製される石膏ウォールボードは、増加した強度及び低減された重量を有し、その製造における水の所要量が低減されるため、経済的により望ましい。
本発明の石膏含有組成物中には、Ｙｕらの米国特許第６４０９８２５号（参照されることにより本明細書に組み込まれる。）に記載されている促進剤を用いることができる。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）の乾燥粉砕から作製することができる。このＨＲＡを作製するために、少量（通常約５重量％）の添加剤（糖、デキストロース、ホウ酸、デンプン等）を用いることができる。一般に、糖又はデキストロースが好ましい。別の有用な促進剤は、米国特許第３５７３９４７号（参照されることにより本明細書に組み込まれる。）に記載されている、「気候安定化促進剤（ｃｌｉｍａｔｅ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）」又は「気候安定促進剤（ｃｌｉｍａｔｅ ｓｔａｂｌｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）」（ＣＳＡ）である。
以下の実施例は、本発明をさらに説明するものである。これらは決して、本発明の範囲を限定するものと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の配合〕
石膏スラリーの配合を下記表１に示す。表１中のすべての値は、乾燥スタッコの重量に対する重量パーセントで示されている。括弧内の値は、ポンド（ｌｂ／ＭＳＦ）での乾燥重量である。
Figure 0005922614
〔実施例２：ウォールボードの作製〕
Ｙｕらの米国特許第６３４２２８４号及びＹｕらの第６６３２５５０号（これらは、参照されることにより本明細書に組み込まれる。）に従って、サンプルの石膏ウォールボードを作製した。ここには、上記特許の実施例５に記載されている、気泡の別途生成、及びそれ以外の成分からなるスラリーへの気泡の導入が含まれる。
実施例１の配合Ａ及びＢを用いて作製した石膏ウォールボード、並びに対照、に関する試験結果を下記表２に示す。この実施例及び以下の他の実施例では、釘抜き抵抗、コア硬度及び曲げ強度の試験をＡＳＴＭ Ｃ−４７３に従って行った。さらに、典型的な石膏ウォールボードは、厚さ約１／２インチであり、材料１０００平方フィート当たり約１６００〜１８００ポンド（すなわち１６００〜１８００ｌｂ／ＭＳＦ）の重量を有することが注目される（「ＭＳＦ」は、１０００平方フィートを表す当分野の標準的な略語であり、箱、波形材料及びウォールボードの面積の大きさを示すものである）。
Figure 0005922614
表２に示されるように、配合Ａ及びＢのスラリーを用いて作製した石膏ウォールボードは、対照のボードと比較して、重量が著しく低減している。再び表１を参照すると、配合Ａのボードと配合Ｂのボードとの比較は最も顕著である。水／スタッコ（ｗ／ｓ）比は、配合Ａ及び配合Ｂで同様である。配合Ｂでは、著しく高濃度のナフタレンスルホネート分散剤も用いられている。さらに、配合Ｂでは、かなり多いα化デンプン、すなわち配合Ａに比べて１００％超多い約６重量％のα化デンプンが用いられ、顕著な強度増加が生じた。それでも、必要な流動性を生じさせるための水の所要量は、配合Ｂのスラリーにおいて低いままであり、その差は配合Ａと比較して約１０％であった。両配合における低い水の所要量は、かなり高濃度のα化デンプンの存在下でさえ石膏スラリーの流動性を増加させる、石膏スラリー中のナフタレンスルホネート分散剤及びトリメタリン酸ナトリウムの組合せの相乗効果に起因する。
表２に示されるように、配合Ｂのスラリーを用いて作製したウォールボードは、配合Ａのスラリーを用いて作製したウォールボードと比較して、強度がかなり増加している。増量したα化デンプンを、増量したナフタレンスルホネート分散剤及びトリメタリン酸ナトリウムと組み合わせて導入することによって、配合Ｂのボードにおける釘抜き抵抗は、配合Ａのボードに対して４５％改善した。配合Ａのボードと比較すると、配合Ｂのボードでは曲げ強度の相当な増加も観察された。
〔実施例３：１／２インチ石膏ウォールボードの重量低減試験〕
スラリーの配合及び試験結果を含めて、さらなる石膏ウォールボードの例（ボードＣ、Ｄ及びＥ）を下記表３に示す。表３のスラリーの配合はスラリーの主要成分を含む。括弧内の値は、乾燥スタッコの重量に対する重量パーセントで示されている。
Figure 0005922614
表３に示されるように、ボードＣ、Ｄ及びＥは、対照ボードと比較して、ｗ／ｓ比を一定に維持しながら、相当に増量したデンプン、ＤＩＬＯＦＬＯ分散剤及びトリメタリン酸ナトリウム（パーセンテージベースで、デンプン及び分散剤は約２倍の増加、並びにトリメタホスフェートは約２〜３倍の増加）を有するスラリーから作製した。それにも関わらず、釘抜き抵抗によって測定した強度は劇的な影響を受けず、ボード重量は大きく低減した。したがって、本発明の一実施形態のこの実施例において、新規の配合（例えば、ボードＤ）は、十分な強度を維持しながら、使用に適した流動的なスラリー中に配合されるデンプンを増加させることを可能にする。
〔実施例４：湿潤石膏立方体強度試験〕
実験室で、Ｓｏｕｔｈａｒｄ ＣＫＳボードスタッコ（Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｒｐ．（Ｃｈｉｃａｇｏ、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）から入手可能）、及び水道水を用いて湿潤立方体強度試験（ｗｅｔ ｃｕｂｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｅｓｔ）を行い、その湿潤圧縮強度を測定した。以下の実験室試験方法を用いた。
湿潤石膏立方成型体の各々について、スタッコ（１０００ｇ）、ＣＳＡ（２ｇ）及び約７０°Ｆの水道水（１２００ｃｃ）を用いた。α化コーンスターチ（２０ｇ、スタッコ重量に対して２．０％）及びＣＳＡ（２ｇ、スタッコ重量に対して０．２％）を、プラスチック袋内で、スタッコとともに最初に完全に乾燥混合した後、ナフタレンスルホネート分散剤及びトリメタリン酸ナトリウムの両方を含む水道水溶液と混合した。用いた分散剤は、ＤＩＬＯＦＬＯ分散剤（表４に示す１．０〜２．０％の量）であった。表４に示す様々な量のトリメタリン酸ナトリウムも用いた。
乾燥成分及び水溶液を、実験室用Ｗａｒｎｉｎｇブレンダーで最初に混合し、生成した混合物を１０秒間浸漬させ、次いでこの混合物を１０秒間低速で混合することによってスラリーを作製した。このようにして形成されたスラリーは、３つの２”×２”×２”立方体の型に流し込んだ。次いで、成型された立方体を型から取り出し、計量した。そして、圧縮強度試験を行う前に水分が失われるのを防止するために、プラスチック袋内に密封した。湿った立方体の圧縮強度は、ＡＴＳ装置を用いて測定し、平方インチ当たりのポンド（ｐｓｉ）での平均として記録した。得られた結果は次の通りである。
Figure 0005922614
表４に示されるように、本発明の約０．１２〜０．４％の範囲のトリメタリン酸ナトリウム濃度を有する試料４〜５、１０〜１１及び１７は、概して、この範囲外のトリメタリン酸ナトリウムを有する試料と比較して、優れた湿潤立方体圧縮強度をもたらした。
〔実施例５：１／２インチ軽量石膏ウォールボードの工場生産試験〕
スラリーの配合を含めて、別の試験を実施した（試験ボード１及び２）。試験結果を下記表５に示す。表５のスラリーの配合は、スラリーの主成分を含む。括弧内の値は、乾燥スタッコの重量に対する重量パーセントで示されている。
Figure 0005922614
表５に示されるように、試験ボード１及び２は、対照ボードと比較して、ｗ／ｓ比を一定に維持しながら、相当に増量したデンプン、ＤＩＬＯＦＬＯ分散剤及びトリメタリン酸ナトリウムを有するスラリーから作製した。それにも関わらず、釘抜き抵抗及び曲げ試験によって測定した強度は維持されたか、改善され、ボード重量は大きく低減した。したがって、本発明の一実施形態のこの実施例において、新規の配合（例えば、試験ボード１及び２）は、十分な強度を維持しながら、使用に適した流動的なスラリー中に配合されるトリメタホスフェート及びデンプンを増加させることを可能にする。
〔実施例６：１／２インチ超軽量石膏ウォールボードの工場生産試験〕
α化コーンスターチを水で１０％の濃度に調製し（湿潤デンプンの調製）、ＨＹＯＮＩＣ ＰＦＭセッケン（ＧＥＯ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｌａｆａｙｅｔｔｅ、Ｉｎｄｉａｎａ）から入手可能）のブレンドを用いたこと以外は、実施例２と同様にして配合Ｂ（実施例１）を用いて、さらなる試験を実施した（試験ボード３及び４）。例えば、試験ボード３は、６５〜７０重量％／３５〜３０重量％の範囲のＨＹＯＮＩＣ ＰＦＭ １０／ＨＹＯＮＩＣ ＰＦＭ ３３のブレンドを用いて作製した。例えば、試験ボード４は、ＨＹＯＮＩＣ ＰＦＭ １０／ＨＹＯＮＩＣ ＰＦＭ ３３の７０／３０ ｗｔ／ｗｔのブレンドを用いて作製した。試験結果を下記表６に示す。
Figure 0005922614
表６に示されるように、釘抜き及びコア硬度によって測定した強度特性は、ＡＳＴＭ基準を超えていた。曲げ強度の測定値もＡＳＴＭ基準を超えていた。本発明の一実施形態のこの実施例において、新規の配合（例えば、試験ボード３及び４）は、十分な強度を維持しながら、使用に適した流動的なスラリー中に配合されるトリメタホスフェート及びデンプンを増加させることを可能にする。
本発明を説明する文脈において（特に添付の特許請求の範囲の文脈において）、「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」という語並びに同様の指示語の使用は、本明細書で特に断らない限り、又は文脈と明らかに矛盾しない限り、単数及び複数の両方を包含するものと解釈される。本明細書における数値範囲の記載は、本明細書で特に断らない限り、範囲内に含まれる個々の値を挙げるための簡略な表現方法としての役割を果たすことを意図したものにすぎず、個々の値は、あたかも本明細書で個別に列挙されているかのように本明細書に組み込まれている。本明細書で説明した方法はすべて、本明細書で特に断らない限り、又は文脈と明らかに矛盾しない限り、任意の適当な順序で実施することができる。本明細書で提供される例又は例示的な語（例えば「等」）の使用は、本発明をより明確にすることを意図したものにすぎず、特に断らない限り、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書中のいかなる語も、特許請求の範囲に記載されていない任意の要素が本発明の実施に必須であることを示すものと解釈されるべきではない。
本発明の好適な実施形態（本発明者らが知る最良の実施形態を含む。）が、本明細書で説明されている。例示した実施形態は、単に代表的なものと理解されるべきであり、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
［付記１］
水、スタッコ、α化デンプン及びナフタレンスルホネート分散剤を含む石膏含有スラリーであって、
前記α化デンプンが、スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約１０重量％の量で存在し、前記ナフタレンスルホネート分散剤が、スタッコの重量に対して約０．１重量％〜約３．０重量％の量で存在する石膏含有スラリー。
［付記２］
前記ナフタレンスルホネート分散剤が、スタッコの重量に対して約０．２５重量％〜約２．０重量％の量で存在する、付記１に記載の石膏含有スラリー。
［付記３］
前記ナフタレンスルホネート分散剤が、スタッコの重量に対して約０．３重量％〜約０．７重量％の量で存在する、付記１に記載の石膏含有スラリー。
［付記４］
スタッコの重量に対して少なくとも約０．１２重量％の量で存在するトリメタリン酸ナトリウムをさらに含む、付記１に記載の石膏含有スラリー。
［付記５］
水、スタッコ、α化デンプン及びナフタレンスルホネート分散剤を含む石膏含有スラリーであって、
前記α化デンプンが、スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約１０重量％の量で存在し、前記ナフタレンスルホネート分散剤が、約４０重量％〜約４５重量％のナフタレンスルホネートを含む水溶液の形態のものであり、当該水溶液が、スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約２．５重量％の量で存在する石膏含有スラリー。
［付記６］
前記ナフタレンスルホネート分散剤が、約４０重量％〜約４５重量％のナフタレンスルホネートを含む水溶液の形態のものであり、当該水溶液が、スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約２．０重量％の量で存在する、付記５に記載の石膏含有スラリー。
［付記７］
前記ナフタレンスルホネート分散剤が、約４０重量％〜約４５重量％のナフタレンスルホネートを含む水溶液の形態のものであり、当該水溶液が、スタッコの重量に対して約０．７重量％〜約１．５重量％の量で存在する、付記５に記載の石膏含有スラリー。
［付記８］
スタッコの重量に対して少なくとも約０．１２重量％の量で存在するトリメタリン酸ナトリウムをさらに含む、付記５に記載の石膏含有スラリー。
［付記９］
２枚の実質的に平行なカバーシートの間に形成された硬化石膏組成物を含む、高強度かつ低粉化性の軽量石膏ウォールボードであって、
前記硬化石膏組成物が、水、スタッコ、α化デンプン及びナフタレンスルホネート分散剤を含む石膏含有スラリーを用いて作製されたものであり、
前記スラリーにおいて、前記α化デンプンが、スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約１０重量％の量で存在する軽量石膏ウォールボード。
［付記１０］
前記ナフタレンスルホネート分散剤が、スタッコの重量に対して約０．１重量％〜約３．０重量％の量で存在する、付記９に記載の軽量石膏ウォールボード。
［付記１１］
前記ナフタレンスルホネート分散剤が、スタッコの重量に対して約０．２５重量％〜約２．０重量％の量で存在する、付記９に記載の軽量石膏ウォールボード。
［付記１２］
前記ナフタレンスルホネート分散剤が、スタッコの重量に対して約０．３重量％〜約０．７重量％の量で存在する、付記９に記載の軽量石膏ウォールボード。
［付記１３］
前記ナフタレンスルホネート分散剤が、約４０重量％〜約４５重量％のナフタレンスルホネートを含む水溶液の形態のものであり、当該水溶液が、スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約２．５重量％の量で存在する、付記９に記載の軽量石膏ウォールボード。
［付記１４］
前記ナフタレンスルホネート分散剤が、約４０重量％〜約４５重量％のナフタレンスルホネートを含む水溶液の形態のものであり、当該水溶液が、スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約２．０重量％の量で存在する、付記９に記載の軽量石膏ウォールボード。
［付記１５］
前記ナフタレンスルホネート分散剤が、約４０重量％〜約４５重量％のナフタレンスルホネートを含む水溶液の形態のものであり、当該水溶液が、スタッコの重量に対して約０．７重量％〜約１．５重量％の量で存在する、付記９に記載の軽量石膏ウォールボード。
［付記１６］
スタッコの重量に対して約０．１２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をさらに含む、付記９に記載の軽量石膏ウォールボード。
［付記１７］
約１０００ｌｂ／ＭＳＦ〜約１４００ｌｂ／ＭＳＦの乾燥重量を有する、付記９に記載の軽量石膏ウォールボード。
［付記１８］
約１０００ｌｂ／ＭＳＦ〜約１４００ｌｂ／ＭＳＦの乾燥重量を有する、付記１６に記載の軽量石膏ウォールボード。
［付記１９］
約５００ｌｂ／ＭＳＦ〜約１０００ｌｂ／ＭＳＦの乾燥重量を有する、付記１６に記載の軽量石膏ウォールボード。
［付記２０］
高強度かつ低粉化性の石膏ウォールボードを作製する方法であって、
（ａ）水、スタッコ、α化デンプン及びナフタレンスルホネート分散剤を含む石膏含有スラリーを混合するステップと、
（ｂ）前記石膏含有スラリーを第１のカバーシート上に堆積させるステップと、
（ｃ）堆積したスラリーの上に第２のカバーシートを配置することによって、石膏ウォールボードを形成するステップと、
（ｄ）前記石膏含有スラリーが切断に十分な程度に硬化した後、前記石膏ウォールボードを切断するステップと、
（ｅ）前記石膏ウォールボードを乾燥させるステップと、
を含み、
前記スラリーにおいて、前記α化デンプンが、スタッコの重量に対して約０．５重量％〜約１０重量％の量で存在し、前記ナフタレンスルホネート分散剤が、スタッコの重量に対して約０．１重量％〜約３．０重量％の量で存在する方法。
［付記２１］
前記第１のカバーシート及び前記第２のカバーシートが紙製である、付記２０に記載の方法。
［付記２２］
前記スラリーが、スタッコの重量に対して約０．１２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をさらに含む、付記２０に記載の方法。

Claims (22)

  1. ２枚のカバーシートの間に配置された硬化石膏組成物を含有する軽量石膏ボードであって、
    前記硬化石膏組成物は、少なくとも、水、スタッコ、α化デンプン、ナフタレンスルホネート、及び起泡剤から形成され、
    前記α化デンプンは、前記スタッコの重量に対して０．５重量％〜１０重量％の量で存在し、
    前記起泡剤は、相対的に不安定な泡を生成する起泡剤を大重量部、相対的に安定な泡を生成する起泡剤を少重量部含み、
    前記気泡剤の量、及び前記相対的に安定な泡を生成する起泡剤に対する前記相対的に不安定な泡を生成する起泡剤の重量比は、前記硬化石膏組成物中に気泡分布を形成するために有効であり、
    前記α化デンプン及び前記気泡分布は、３４ｌｂ／ｆｔ３（約５４０ｋｇ／ｍ３）以下の密度、及び、ＡＳＴＭ基準Ｃ−４７３に従って計測して、少なくとも１１ｌｂ（約５ｋｇ）のコア硬度をもたらすために有効である、
    ことを特徴とする軽量石膏ボード。
  2. 前記起泡剤は、前記相対的に不安定な泡を生成する起泡剤及び前記相対的に安定な泡を生成する起泡剤の混合物を含む、請求項１に記載の軽量石膏ボード。
  3. 前記起泡剤は、重量で６５％の前記相対的に不安定な泡を生成する起泡剤を含む、請求項１又は２に記載の軽量石膏ボード。
  4. 前記起泡剤は、前記スタッコの重量に対して０．１重量％以下の量で存在する、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。
  5. 前記α化デンプンは、前記α化デンプンを含まない石膏と比べて前記硬化石膏組成物の前記コア硬度を増加するために有効である、請求項１から４のいずれか１項に記載の軽量石膏ボード。
  6. 前記α化デンプンは、前記スタッコの重量に対して０．５重量％以下から６％の量で存在する、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。
  7. （ａ）相対湿度９０％及び気温９０°Ｆ（約３２℃）の条件を生じるために十分な環境で６時間の間コンディショニングして（ｂ）一定重量になるまで乾燥させた後で、少なくとも１５ｌｂ（約６．８ｋｇ）の加湿接着荷重を有する、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。
  8. 前記α化デンプンは、前記α化デンプンを含有しない石膏組成物と比較して前記硬化石膏組成物の前記コア硬度を増加させるために有効であり、
    前記ボードは、（ａ）相対湿度９０％及び気温９０°Ｆ（約３２℃）の条件を生じるために十分な環境で６時間の間コンディショニングして（ｂ）一定重量になるまで乾燥させた後で、少なくとも１５ｌｂ（約６．８ｋｇ）の加湿接着荷重を有し、
    １／２インチ（約１．３ｃｍ）のボードの厚さで、前記ボードは、ＡＳＴＭ基準Ｃ−４７３に従って計測して、少なくとも６５ｌｂ（約２９ｋｇ）の釘抜き抵抗を有する、
    請求項１に記載の軽量石膏ボード。
  9. 前記起泡剤は、前記スタッコの重量に対して０．１重量％以下の量で存在し、
    １／２インチ（約１．３ｃｍ）のボードの厚さで、前記ボードは、ＡＳＴＭ基準Ｃ−４７３に従って計測して、少なくとも７２ｌｂ（約３３ｋｇ）の釘抜き抵抗を有する、
    請求項８に記載の軽量石膏ボード。
  10. 前記ボードは、（ａ）相対湿度９０％及び気温９０°Ｆ（約３２℃）の条件を生じるために十分な環境で６時間の間コンディショニングして（ｂ）一定重量になるまで乾燥させた後で、少なくとも１７ｌｂ（約７．７ｋｇ）の加湿接着荷重を有し、
    １／２インチ（約１．３ｃｍ）のボードの厚さで、前記ボードは、ＡＳＴＭ基準Ｃ−４７３に従って計測して、少なくとも７７ｌｂ（約３５ｋｇ）の釘抜き抵抗を有する、
    請求項１に記載の軽量石膏ボード。
  11. １／２インチ（約１．３ｃｍ）のボードの厚さで、前記ボードは、ＡＳＴＭ基準Ｃ−４７３に従って計測して、少なくとも流れ方向に３６ｌｂ（約１６ｋｇ）及び／又は直交方向に１０７ｌｂ（約４８．５ｋｇ）の平均曲げ強度を有することを特徴とする、請求項９に記載の軽量石膏ボード。
  12. 前記硬化石膏組成物は、さらに、前記スタッコの重量に対して０．２重量％から３．０重量％のナフタレンスルホネート分散剤から形成され、
    前記硬化石膏組成物は、前記スタッコに対する水の割合が０．７から１．２で形成され、
    前記ボードは、（ａ）相対湿度９０％及び気温９０°Ｆ（約３２℃）の条件を生じるために十分な環境で６時間の間コンディショニングして（ｂ）一定重量になるまで乾燥させた後で、少なくとも１７ｌｂ（約７．７ｋｇ）の加湿接着荷重を有する、請求項１１に記載の軽量石膏ボード。
  13. 前記気泡分布は、２４ｌｂ／ｆｔ３（約３８０ｋｇ／ｍ３）〜３１ｌｂ／ｆｔ３（約５００ｋｇ／ｍ３）のボード密度をもたらすために有効である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の計量石膏ボード。
  14. ２枚のカバーシートの間に配置された硬化石膏組成物を含有する軽量石膏ボードであって、
    前記硬化石膏組成物は、少なくとも、水、スタッコ、α化デンプン、ナフタレンスルホネート分散剤、起泡剤、及びポリホスフェートから形成され、
    前記スタッコは、少なくとも７００ｌｂ／ＭＳＦ（約３．４ｋｇ／ｍ２）の量で存在し、
    前記α化デンプンは、前記スタッコの重量に対して０．５重量％〜１０重量％の量で存在し、
    前記α化デンプンは、前記α化デンプンを含有しない石膏組成物と比較して前記硬化石膏組成物の前記コア硬度を増加させるために効率的であり、
    前記ナフタレンスルホネート分散剤は、前記スタッコの重量に対して０．１重量％〜３．０重量％の量で存在し、
    前記ポリホスフェートは、前記スタッコの重量に対して０．１２重量％〜０．４重量％の量で存在し、
    前記ボードは、３４ｌｂ／ｆｔ３（約５４０ｋｇ／ｍ３）以下の密度を有し、
    前記ボードは、ＡＳＴＭ基準Ｃ−４７３に従って計測して、少なくとも１１ｌｂ（約５ｋｇ）の平均コア硬度を有することを特徴とする軽量石膏ボード。
  15. 前記スタッコは、少なくとも７００ｌｂ／ＭＳＦ（約３．４ｋｇ／ｍ２）〜１３００ｌｂ／ＭＳＦ（約６．３ｋｇ／ｍ２）の量で存在する、請求項１４記載の軽量石膏ボード。
  16. 前記スタッコの重量に対して０．２０重量％〜１．３０重量％の紙繊維及び／又はガラス繊維をさらに含む、請求項１４又は１５に記載の軽量石膏ボード。
  17. 前記スタッコの重量に対して０．２重量％〜０．９重量％の促進剤をさらに含む、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の軽量石膏ボード。
  18. 前記石膏組成物は、さらに、少なくとも促進剤から形成され、
    前記スタッコは、少なくとも７００ｌｂ／ＭＳＦ（約３．４ｋｇ／ｍ２）〜約１３００ｌｂ／ＭＳＦ（約６．３ｋｇ／ｍ２）の量で存在し、
    前記α化デンプンは、前記スタッコの重量に対して０．５重量％〜６重量％の量で存在し、
    前記ナフタレンスルホネート分散剤は、前記スタッコの重量に対して０．２重量％〜３．０重量％の量で存在し、
    前記起泡剤は、相対的に不安定な泡を生成する起泡剤を大重量部、相対的に安定な泡を生成する起泡剤を少重量部含み、
    前記気泡剤の量、及び前記相対的に安定な泡を生成する起泡剤に対する前記相対的に不安定な泡を生成する起泡剤の重量比は、前記硬化石膏組成物中に気泡分布を形成するために有効であり、
    前記起泡剤は、前記スタッコの重量に対して０．１重量％以下の量で存在し、
    前記α化デンプン及び前記気泡分布は、２４ｌｂ／ｆｔ３（約３８０ｋｇ／ｍ３）〜３４ｌｂ／ｆｔ３（約５４０ｋｇ／ｍ３）のボード密度、１／２インチ（約１．３ｃｍ）のボードの厚さで、少なくとも１１ｌｂ（約５ｋｇ）のコア硬度、並びに、ＡＳＴＭ基準Ｃ−４７３に従って計測して、少なくとも６５ｌｂ（約２９ｋｇ）の釘抜き抵抗、並びに、少なくとも流れ方向に３６ｌｂ（約１６ｋｇ）及び／又は直交方向に１０７ｌｂ（約４８．５ｋｇ）の平均曲げ強度をもたらすのに有効であり、
    前記ボードは、（ａ）相対湿度９０％及び気温９０°Ｆ（約３２℃）の条件を生じるために十分な環境で６時間の間コンディショニングして（ｂ）一定重量になるまで乾燥させた後で、少なくとも１５ｌｂ（約６．８ｋｇ）の加湿接着荷重を有する、請求項１４に記載の軽量石膏ボード。
  19. 前記起泡剤は、前記スタッコの重量に対して０．０２重量％〜０．０３重量％の量で存在する、請求項１８に記載の軽量石膏ボード。
  20. 前記硬化石膏組成物は、さらに、少なくとも紙繊維及び／又はガラス繊維から形成され、
    前記硬化石膏組成物は、前記スタッコに対する水の割合が０．７から１．２で形成され、
    前記ポリホスフェートは、トリメタリン酸ナトリウムを含み、
    前記紙繊維及び／又は前記ガラス繊維は、前記スタッコの重量に対して０．２０重量％〜１．３０重量％の量で存在し、
    前記促進剤は、耐熱性促進剤を含み、
    前記促進剤は、前記スタッコの重量に対して０．２重量％〜０．９重量％の量で存在し、
    前記ボードは、（ａ）相対湿度９０％及び気温９０°Ｆ（約３２℃）の条件を生じるために十分な環境で６時間の間コンディショニングして（ｂ）一定重量になるまで乾燥させた後で、少なくとも１７ｌｂ（約７．７ｋｇ）の加湿接着荷重を有する、請求項１８に記載の軽量石膏ボード。
  21. 前記硬化石膏組成物は、さらに、少なくとも起泡剤から形成され、
    前記起泡剤は、相対的に不安定な泡を生成する起泡剤を大重量部、相対的に安定な泡を生成する起泡剤を少重量部含み、
    前記気泡剤の量、及び前記相対的に安定な泡を生成する起泡剤に対する前記相対的に不安定な泡を生成する起泡剤の重量比は、前記硬化石膏組成物中に気泡分布を形成するために有効である、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の軽量石膏ボード。
  22. 前記ボードの密度は、２４ｌｂ／ｆｔ３（約３８０ｋｇ／ｍ３）〜３１ｌｂ／ｆｔ３（約５００ｋｇ／ｍ３）である、請求項１８から２１のいずれか１項に記載の計量石膏ボード。
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