JP6179782B2 - 高耐水性を有する軽量石膏製品 - Google Patents

Description

本発明は露出面を有する石膏製品に関し、当該製品に高耐水性を与える。

石膏ブロック、ペーパーレス石膏ボード、及び石膏仕上げ材も含む石膏製品は、水の侵入を受けやすい露出面を有することから、当該製品が湿潤又は高湿環境での使用を意図している場合は特に、吸水に悩まされることがある。

「耐水性」ウォールボードの標準的な試験方法は、例えば、３００ｍｍ×３００ｍｍのボード試料を２０℃の水に２時間浸漬することによって吸収された水の重量パーセントで表した場合に、吸水率が５％を超えないことを要求する。かかる耐湿性ボードは、ボードに水分への限定的曝露のリスクがある状況で使用できる。

耐湿性を達成するため、ボードの形成に使用されるプラスタースラリーに疎水性添加剤を組み込むことが提案されてきた。

例えば、前記疎水性添加剤は、本発明者らの欧州特許第９５７０７０号に記載されているようにシリコーンであってもよく、かかる疎水性添加剤の使用は熱加硫を必要とし、かかる熱加硫が暗示するエネルギーインプットの必要性を避けることが有利であると考えられる。ＷＯ２００８／１５２５１９にはラテックスコポリマーも提案されているが、得られるプラスターが長期高耐水性を有することは明白ではない。

湿潤条件下で硬化した石膏製品の機械的特性を増大すること、及びかかる製品を、耐水性を強化する特性である低開気孔率で製造するが依然として望ましい。

特に、水との長時間の接触後の強度特性が改善され、温和な乾燥方法で製造できる耐水性石膏製品が必要である。

本発明によると、耐水性石膏製品の製造方法が提供され、その際、前記石膏製品は、水対固体比が０．４対１未満である硬化性の水性硫酸カルシウム分散液であって、不透水性表面を有する軽量中空体を該分散液を通じて分配する前記分散液と、前記硫酸カルシウム分散液の存在下で水和可能である水和性セメント（スルホアルミン酸カルシウムのような）であって、前記分散液中の過剰の水と反応性である前記水和性セメントとから製造される。前記水和性セメントはそれによって水と反応し、好ましくは重大な熱的インプットなく、他の方法では加硫中の過剰な水の存在の結果生じる可能性がある気孔を充満する。

前記水和性セメントは、典型的にはスルホアルミン酸カルシウムセメントであり、これは分散液中で水と反応してエトリンガイトを形成するようなものである。

前記水和性セメントは、水硬性粉末の重量（すなわち、水和性セメントを包含する硫酸カルシウム分散液中の硬化性固体の重量）を基準にして５〜１５重量％のような、前記硫酸カルシウムと水との反応から生じる過剰な水と反応するのに十分な量で存在する。より好ましい量は、同基準により８〜１２％のような、約１０％である。

分散液中の硫酸カルシウムは典型的には水需要量の低いプラスターに適することが既知のものであり、例としてα型プラスター、無水ＩＩ型又は無水ＩＩＩ型が挙げられる。前記分散液は、その水需要量を最低にするために、１つ又はそれ以上の高性能ＡＥ減水剤のような他の材料をさらに含有してもよい。あるいは、前記硫酸カルシウムは、高性能ＡＥ減水剤を伴うβ型プラスターであってもよい。

前記軽量中空体は、例えば、発泡ポリスチレンビーズ、粒状コルク、中空球、又は当該球が不透水性となるように重合後硬化した高分子発泡体から製造された球である。前記中空体の各々は１つ又はそれ以上の空隙又は独立気泡を有し、各中空体中の前記空隙又は気泡は独立気孔の性格（それぞれの物体の表面への気体及び／又は液体の連絡を許さない）である。かかる物体の各々において、空隙又は気泡は中空体の不透水性表面によって囲まれている。前記中空体は典型的には前記水硬性粉末の重量を基準にして０．５〜２重量％の量で存在する。

本発明のいくつかの実施形態では、前記分散液が実質的な疎水性を有する少なくとも１つの添加剤を含有することが特に好ましく、かかる添加剤は、典型的には少なくとも１つの両親媒性化合物、例えば石鹸である。かかる石鹸の好ましい例は、ステアリン酸のカルシウム塩、亜鉛塩、マグネシウム塩、及び／又はアルミニウム塩のような長鎖脂肪酸の塩である。かかる石鹸類は炭化水素鎖（疎水性に寄与する）及びカルボン酸塩基（親水性に寄与する）を含有する−それ故両親媒性として特徴づけることができる。その好ましい量は、前記水硬性粉末の重量を基準にして１〜１５％である。

前記分散液は、アルカリ環境中で加硫して疎水性シリコーン樹脂を形成する撥水剤をさらに含有してもよい。かかる例は、アルキル／ビニルアルコキシシラン、アルキル／ビニルシロキサン、アルキル／ビニルシラノール、アルキルシリコネート及びそれらの混合物である。市販の好適な例は、ワッカーシルレス（Ｗａｃｋｅｒ Ｓｉｌｒｅｓ）ＢＳ１６及びＢＳ１２６０である。いくつかの実施形態において、前記撥水剤、又はその前駆体は、粉末形態であってもよい。

前記分散液はさらに、特にガラス繊維強化材のような繊維状強化材をさらに含有してもよく、ガラス繊維強化材が存在する場合、前記分散剤が前段落に記載したような撥水剤も含有することは特に好ましい。

前記分散液の作製に使用される固体は、乾燥成分の形態で提供されて、その場（ｉｎ ｓｉｔｕ）で水が補給されて分散液を生成してもよい。かかる乾燥混合物は、その場（ｉｎ ｓｉｔｕ）での軽量ブロック注型用に提供されることができる。

使用時に、前記分散液を静置硬化し、ブロック又はボードのようなプラスター体、又は壁面等に施工される仕上げ材層を形成する。

本発明に従って石膏ボードを製造する場合、前記ボードは表面強化材又はライナーシートありでもなしでもよく、表面強化材を使用する場合、後者は例えば繊維スクリム、繊維メッシュ又は紙であってもよい。

乾燥のための外部からの加熱なしで前記物体が製造されることは特に好ましく、通常の石膏ボード製造におけるエネルギーコストが高いことからも、これは（エネルギーの直接購入とＣＯ_２排出量オフセットとの両方で）さらなる利点となる場合があり、したがって本発明による製品は低い内包エネルギーを有することができる。

その他の非有害性の材料、補助剤及び成分が、適切な場合には、前記分散液中に存在してもよい。かかる非有害性材料は、デンプン、硬化促進剤及び遅延剤、変形防止剤（垂れ防止剤のような）、収縮防止剤、再か焼防止剤、泡安定剤、殺菌剤、殺真菌剤、ｐＨ調節剤、着色剤、難燃剤及び充填剤（粒子状鉱物又はプラスチック類のようなもので、一部の実施形態では発泡形態であってもよい）のような任意選択のさらなる成分を包含してもよい。

本発明に従って使用される分散液のｐＨは、典型的には１０〜１３の範囲である。

本発明は、本発明の方法に従って製造された場合、ブロック、ウォールボード、仕上げ材等の石膏建築用製品、特に屋外環境中で使用する製品及び雨又は水塊のようなその他の水との接触に曝される製品にまで及ぶ。

本発明の特定の有利な特徴及びそれを実現できる方法を、以下の実施例で例示する。

実験用試料は、ケンウッド（Ｋｅｎｗｏｏｄ）ＫＭ３００シェフミキサー（ＣｈｅｆＭｉｘｅｒ）を用いて、遊星型の混合動作で製造した。水硬性材料は、純粋なα型プラスター（セントゴバイン（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ）製剤、「クリスタカルベース」（Ｃｒｙｓｔａｃａｌ Ｂａｓｅ））又は、α型プラスター：ベリテックス（Ｂｅｌｉｔｅｘ）ＣＳＡセメントの９：１ブレンドであった。直径１ｍｍの発泡ポリスチレンビーズをポリ袋内で１．２重量％の水硬性材料と乾燥混合して密度を低下させた。サブセット１．３及び１．４では、ステアリン酸カルシウム粉末、すなわちＦＡＣＩ（英国）から入手可能な「ＳＭ−極微小」グレードもこの段階で混合した。粉末と混合する際の一般的な工場スラリー温度を再現するために水道水を４０℃に予熱した。サブセット１．５及び１．６では、前記水を、０．３５：１の水：固体粉末比で秤量し、最初にミキシングボウルに添加し、その後液体疎水性添加剤ＢＳ１２６０を添加した。

前記水硬化性材料及びＥＰＳビーズを、前記液体に３０秒かけて注ぎ、３０秒静置し、１分間の混合を、設定１から開始して設定６で終了するまで１０秒毎に速度を漸進的に増大して実施した。当該スラリーをシリコーンゴム製の型に入れ、２０ｍｍ×２０ｍｍ×１００ｍｍの寸法の立方体６個に注型した。プラスターの水和が完了（これは通常１時間であり、温度測定によって判断された）した後、試料を離型し、ポリ袋内に４８時間封止して、ＣＳＡをさらに水和させた。その後試料を４０℃で１２時間以上乾燥した。製剤は、帯鋸を用いて端部を５ｍｍ切り落としてコアを露出し、その後２３℃／５０％ＲＨの室内で１２時間以上コンディショニングした。この時点で重量及び寸法を測定し、初期重量及び密度を得た。得られた結果を下記表１に示す。

（比較例）
比較目的で、市販のグラスロック（Ｇｌａｓｒｏｃ）小片をセントゴバイン・ジプロック（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｇｙｐｒｏｃ）より入手した。ポリメチルヒドロゲンシロキサンをミキサー段階で前記ガラス強化製品に添加し、表面水侵入からさらに保護するためにポリマーで被覆した。これを吸水試験用の１２５ｍｍ×１２５ｍｍの小片に切断した。結果を、実施例３の結果と比較して表２に示す。

使用した方法は、以下の違いを除いて、実施例２で詳述された方法と同じであった。
水硬性粉末は、α型プラスター：ＣＳＡセメントの９：１ブレンドであった。４０℃での計量水は実施例１よりもわずかに高く、水：固体比は０．４であった。過剰のスラリーを、ジョンズマンビル（Ｊｏｈｎｓ Ｍａｎｖｉｌｌｅ）からのガラス繊維仕上げ材を下に入れて２個の型に注いだ。型は１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×１２．５ｍｍ（内寸）の正方形断面の真鍮製であった。続いて、ガラス繊維の上部小片をスラリーの上部に置き、金属棒を全体に滑らせることによって押し込み、それによって組織を浸漬した。型を２枚のパースペックス（Ｐｅｒｓｐｅｘ）シートの間に挟んで重しをかけた。

水和後、試料を離型し、ボッチュ（Ｖｏｔｓｃｈ）耐候試験室内で６０℃、２０％ＲＨにて１２時間乾燥した。製剤は、帯鋸を用いて端部を切り落としてコアを露出し、長さ及び幅が１１４〜１２２ｍｍの試料を作製した。吸水試験の結果を表２に示す。湿潤強度試験の結果を表３に示す。

吸水試験
吸水試験は、試料を２３℃の水道水中に浸漬し、試料上部と水面との間の水頭が３０ｍｍで維持されるようにした。所与の時間後、試料を取出して、過剰な水を吸い取った後、再秤量した。使用した方法は、ＥＮ５２０：２００４の５．９．２項に記載されている方法と同じであるが、試料がより小さく、本発明の改善された耐水性を実証するために２時間よりも長い浸漬時間を使用した。実施例１の結果は３回の測定の平均値であるのに対し、実施例２及び３は２回の測定からの平均である。

湿潤強度試験
２４０時間浸漬した試料（すなわち、飽和試料）の湿潤強度を、石膏パネルのコア及び端部硬度測定に関するＡＳＴＭ−Ｃ４７３の１２節の方法に類似した方法を用いて測定した。直径２ｍｍの鋼製パンチ（ＡＳＴＭ−Ｃ４７３は２．５ｍｍと規定）を１３ｍｍの試料に通すために必要な最大力を、メクメシン（Ｍｅｃｍｅｓｉｎ）フォースゲージを用いて、クロスヘッド速度３０ｍｍ／分にて測定した。当該試験を試料端部周辺で１６回繰返し、平均を求めた。

Claims (8)

1. 耐水性石膏製品の製造方法であって、前記製品が、０．４対１未満の水対固体比を有する硬化性水性硫酸カルシウム分散液であって、不透水性表面を有する軽量中空体を当該分散液を通じて分配する前記分散液と、前記硫酸カルシウム分散液の存在下で水和可能な水和性セメントであって、前記分散液に存在する、前記硫酸カルシウムと水との反応から生じた過剰な水と反応させるために、前記水和性セメントが水硬性粉末の重量を基準にして５〜１５％の量で存在する前記水和性セメントとから製造され、
   前記硫酸カルシウムは、半水石膏または無水石膏であり、
   前記分散液が、アルカリ環境中で加硫して疎水性シリコーン樹脂を生成する撥水剤を含有し、
   前記石膏製品が外部から加熱されずに製造される、方法。
2. 前記水和性セメントがスルホアルミン酸カルシウムを含有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記中空体が発泡ポリスチレン製である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記中空体が水硬性粉末の重量を基準にして０．５〜２重量％の量で存在する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記分散液が両親媒性化合物を含有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記両親媒性化合物が石鹸である、請求項５に記載の方法。
7. 前記分散液がガラス繊維強化材をさらに含有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記石膏製品が表面強化材を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。