JP7010821B2 - 石膏成形品製造用添加剤、石膏成形品、及び石膏成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、石膏建材用添加剤に関する。特に、本発明は、石膏建材のサグ耐性（ｓａｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）及び破壊強度を向上する石膏建材用添加剤に関する。

石膏成形品（特に石膏ボード）のサグ耐性を向上する添加剤は従来技術から知られている。特に、高湿度条件（すなわち、例えば高い大気湿度を有する高湿度条件）における石膏ボードの場合でのクリープ現象が、既に長く知られている。例えば、ＤＥ１７７１０１７Ｂ２には、石膏成形品のクリープを低減するために酒石酸を使用することが記載されている。例えばＷＯ９９／０８９７８では、ポリホスフェート（特にＳＴＭＰ（トリメタリン酸ナトリウム））により、より良好な結果が達成されている。

また、異なる試薬の組み合わせが従来技術から知られている。ＵＳ２００６／００４８６８０Ａ１には、例えば、サグ耐性を向上するための添加剤として、酒石酸とホウ酸又はホウ酸塩との組み合わせを使用ことが記載されている。また、アルカリ金属ホスフェート又はアルカリ土類金属ホスフェート（例えばＳＴＭＰ）も含有され得る。

本発明の目的は、石膏成形品のサグ耐性を向上するための更なる添加剤を提供することであり、ここで、上記石膏成形品のサグ耐性は、サグ耐性を向上するための添加剤としてＳＴＭＰを含有する石膏成形品のサグ耐性と少なくとも同じ程度に良好であるべきである。また、石膏成形品及びこのタイプの石膏成形品を製造する方法も提供され、ここで、上記石膏成形品は、いずれのＳＴＭＰも含有しないが、そのサグ耐性は、ＳＴＭＰを用いて製造された石膏成形品と少なくとも同等に良好である。

上記目的は、請求項１に記載の添加剤、請求項１０に記載の石膏成形品、及び請求項１２に記載の石膏成形品を製造する方法によって達成される。本発明の有利な実施形態の特徴が、それぞれ従属項に記載されている。「添加剤」という用語は、完成した石膏成形品のサグ耐性に良好な影響を与える、石膏スラリーの構成成分についての包括的な用語として使用される。添加剤は、必ずしも、予め製作された混合物でなければならないということではなく、むしろ、個々の構成成分が石膏スラリーに個々に添加されてもよい。

したがって、石膏成形品製造用添加剤は、ホウ酸及び／又はホウ酸の塩、酒石酸及び／又は酒石酸の塩、並びにセメントを含む。ホウ酸、ホウ酸塩、酒石酸、及び酒石酸塩（酒石酸の塩）によって構成される物質自体は公知であるが、これらをセメントと組み合わせると、サグ耐性について効果が向上することが実証され得る。

ホウ酸、又はホウ酸の塩であるホウ酸塩は、添加剤が使用される焼石膏の量に対して０．０１重量％～０．１５重量％の量で添加剤に含有され得る。ホウ酸又はホウ酸塩の量をより多くすることも可能ではあるが、ＲＥＡＣＨ規則に基づく申請が必要であるため回避される。そのため、添加剤は、焼石膏の量に対して０．０１重量％～０．１重量％のホウ酸又はホウ酸塩を含有することが好ましい。

特に好ましい実施形態によれば、酒石酸ラセミ体（すなわち、Ｄ－及びＬ－酒石酸の混合物）が、酒石酸として使用される。酒石酸ラセミ体は、コストの観点で好ましい酒石酸の一形態（ｖａｒｉａｎｔ）である。酒石酸及び／又は酒石酸の塩は、これらが使用される焼石膏の量に対して０．０１重量％～０．１重量％の量で添加剤に含有される。添加剤は、０．０１重量％～０．０３重量％の酒石酸／酒石酸塩又はホウ酸／ホウ酸塩を含有することが好ましい。

例として、セメントとしては、ポルトランドセメント（Ｐｏｒｔｌａｎｄ ｃｅｍｅｎｔ）が使用され得る。本発明の一実施形態によれば、セメントは、添加剤が使用される焼石膏の量に対して、０．０５重量％～０．５重量％、好ましくは０．０８重量％～０．２５重量％の量で含有される。

本発明は、固化石膏から石膏成形品を製造する（サグ耐性を改良する）ための添加剤、焼石膏、及び水から少なくともなるスラリーから製造された石膏成形品、特に石膏ボード（プラスターボードなど）にも関する。添加剤は、上記の物質（具体的にはホウ酸及び／又はホウ酸の塩、酒石酸及び／又は酒石酸の塩、並びにセメント）を含むか、含有する。

さらに本発明は、固化石膏から石膏成形品を製造する（サグ耐性を改良する）ための、石膏成形品（特に石膏ボード）を製造する方法であって、焼石膏を水及び添加剤と混合する工程と、石膏成形品を形成する工程と、所望により石膏成形品を乾燥させる工程と、を含む方法に関する。上記添加剤は、上記の構成成分（具体的にはホウ酸及び／又はホウ酸の塩、酒石酸及び／又は酒石酸の塩、並びにセメント）を含有する。

図１は、製造したプラスターボードの所定のポイントを示す図である。

本発明を例示的な実施形態に基づいてより詳細に以下に説明する。

搬送ライン試験（ｃｏｎｖｅｙｏｒ ｌｉｎｅ ｔｅｓｔ）を、プラスターボードのサグ耐性を改善するための、異なる構成の添加剤を用いて実施した。製造されたプラスターボードは、板紙ウェブによって包まれている発泡石膏コアからなる。上記ボードは、従来の方法によって製造され、すなわち、まず、石膏スラリーをβ－半水化物、水、対応する添加剤、並びに更なる添加剤（特に促進剤及び発泡界面活性剤溶液）から製造する。酒石酸及びホウ酸のはいずれも石膏スラリーの固化速度を遅延させるので、促進剤の添加量を、異なるスラリーについてほぼ一定の固化時間が得られるように設定した。微粉化された（すなわち、粉末の）硫酸カルシウム二水和物を促進剤として使用した。上記促進剤の選択は本発明の範囲内では最重要（ｃｒｉｔｉｃａｌ）ではないので、当業者がよく知っている他の促進剤を使用することもできる。

石膏コアに加えて、薄い圧縮石膏層を、上記板紙ウェブの可視側の背面にさらに付与した。上記のように製造したスラリーのいくらかを、プレコンプレッション型ポンプを介して搬送し、ここで、発泡体を制御的に破壊した。背面側の板紙ウェブを、コア層のスラリーに直接付与した。上記薄い石膏層及び上記コア層の両方は、同じ組成であるが異なる密度を有した。

製造したプラスターボードのサグを求めるために、１０ｃｍ×６７ｃｍのサンプルを、プラスターボードの所定のポイント（図１参照）でこのボードから切り取った。３つの縦サンプル（ＲＬ＝右縦、ＭＬ＝中央縦、及びＬＬ＝左縦）及び３つの横サンプル（ＲＱ＝右横、ＭＱ＝中央横、及びＬＱ＝左横）を被験ボード毎に採取した。縦サンプルは、これら長手方向（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｅｘｔｅｎｔ）が上記ボードの製造方向に伸びるように上記被験ボードから切り取った。横サンプルは、これらの長手方向がボードの製造方向と垂直に配置されるように上記被験ボードから切り取った。各場合（ＭＬ、ＭＱ）において１つのサンプルを、ボードの中央から（すなわち、ボードの２つの縦縁部から等しい距離で）採取し、各場合（ＬＬ、ＬＱ及びＲＬ、ＲＱ）において１つのサンプルを、それぞれ、ボードの左又は右縁部の近くにあるボード領域から採取した。

こうして取り除いたサンプルを、長手縁部で立てて、一定の重量に達するまで乾燥キャビネットにおいて乾燥し、サグ決定のためのゼロ値（初期サグ）をサンプルの中央において精密深さゲージを用いて決定した。

上記サンプルを、縁部で支持しながら（支持体間の距離：６０ｃｍ）、２０±１℃及び９０±１％の相対湿度の人工気候室にて７日間保存した。次いで、サグを上記のようにして再び求め、初期サグを減算することによって絶対値を決定した。ボード当たり３つの縦サンプルの値及び３つの横サンプルの値を各場合において平均した。

第１試験において、添加剤としてＳＴＭＰのみを含有するプラスターボード（ＳＴＭＰ標準、Ｌ１）のサグを、ＳＴＭＰ、ホウ酸及びセメントの混合物を含有するプラスターボード（内部標準、Ｌ０）と比較した。これは、この試験において使用される搬送ラインでは、この混合物が典型的に使用されるからである。内部標準のボード（使用した焼石膏の量に対して０．０２２重量％のＳＴＭＰ、０．０５重量％のホウ酸、及び０．１重量％のセメントから形成される添加剤混合物）のサグは、上記ＳＴＭＰ標準のサグよりも僅かに劣っていたが、依然として、ＳＴＭＰ標準によるボード（０．０２２重量％のＳＴＭＰ）のサグの誤差範囲内であり、そのため、上記内部標準は上記ＳＴＭＰ標準と同様に使用可能であることが分かった。

また、サグ耐性を改良するための添加剤無しのボード（添加剤なし、Ｌ２）を比較のために試験した。添加剤なしボードのサグは、ＳＴＭＰ標準又は内部標準を使用したものよりも、最大で５倍超大きいことが示された。試験の結果を表１にまとめる。

表２は、種々の公知の添加剤を個別に又は二種組み合わせで含むボードにおけるサグ試験の結果を示す。ここで、０．０２２重量％の酒石酸（Ｌ３）、又は０．０２２重量％の酒石酸と０．１重量％のセメント（Ｌ４）、又は０．０５重量％のホウ酸と０．１重量％のセメント（Ｌ５）を添加剤として使用した。

結果は、これらの組み合わせのいずれもが、ＳＴＭＰ又は内部標準の結果を達成しないことを示している。特に、ホウ酸とセメントとの組み合わせでは、人工気候室での保存後のボードサンプルのサグは許容可能な値とはなっていない。

ホウ酸、酒石酸及びセメントの本発明による組み合わせ、並びにこれらの組み合わせに関する具体的なサグ値を表３に見出すことができる。この試験は、上記で考察した試験とは異なる日に実施したため、標準添加剤を用いたボードについては再測定を行った。

試験Ｌ１０～Ｌ１２では、ホウ酸及びセメントの量を一定にして、酒石酸の量を変動させた。３つの試験全てにおいて、各場合で、使用した焼石膏の量に対して、０．０５重量％のホウ酸及び０．１重量％のセメントを含有した。酒石酸の量は、０．０１１重量％～０．０３３重量％の間で変動させた。酒石酸の量が０．０２２重量％である（Ｌ１１）と、縦及び横方向の両方においてサグが最小であった。これらのサンプルは、一連の試験で測定した中で最小のサグを示した。

試験Ｌ１４及びＬ１５では、酒石酸（０．０２２重量％）の含有量及びセメント（０．１重量％）の含有量を一定に保った。ホウ酸の含有量はＬ１４において０．０２５重量％であり、Ｌ１５において０．０７５重量％であった。この一連の試験において、サンプルＬ１１もまた、この一連の試験サンプルに適合し、Ｌ１４及びＬ１５と同じ酒石酸及びセメント分を含有したが、０．０５重量％のホウ酸を含有した。様々なレベルのホウ酸を含有するサンプルの最小サグは、縦及び横の両方向において、サンプルＬ１５によって得られた。

サンプルＬ１６では、セメント含有量を０．１重量％（サンプルＬ１１）から０．２重量％まで増加し、サンプルＬ１７では、セメント含有量を０．３重量％まで増加した一方で、酒石酸及びホウ酸の含有量はサンプルＬ１１におけるものと同じぐらい高く保った。サンプルＬ１１、Ｌ１６及びＬ１７の全てが、同様の低いサグを有した。最も良好な結果は、縦及び横の両方向において、サンプルＬ１７によって得られた。

本発明による添加剤の三種組み合わせとは別に、二種組み合わせを更に検査した。サンプルＬ１３は、セメント及び酒石酸の含有量の観点でサンプルＬ１２に相当したが、０．０５重量％のホウ酸の添加を省略した。人工気候室での処理後に測定したサグについてのサンプルＬ１３の値は、同様の組成を有するサンプルＬ１２と比較してかなり劣る。サグは、Ｌ１２について測定したものよりも１．５倍超大きい。

試験Ｌ１９では、０．０２２重量％の酒石酸と０．０５重量％のホウ酸との混合物を使用した。この混合物を内部標準（Ｌ１８）と比較すると、Ｌ１９からのサンプルのサグは、標準を使用したものよりも平均で僅かに大きいことが分かる。しかし、サグ値は、０．３重量％のセメントを更に含有するＬ１７のサンプルのものよりもかなり劣っていることにも注意されるべきである。

表４は、個々の添加剤成分を代替（すなわち、Ｌ－酒石酸、ホウ酸塩及び酒石酸塩）に置き換えた試験を示す。

ここでも、０．０２２重量％のＳＴＭＰと、０．０５重量％のホウ酸と、０．１重量％のセメントとの混合物を内部標準（Ｌ２４）として使用した。全ての他のサンプル（Ｌ２１～Ｌ２３）では、添加剤の成分を変えた。

Ｌ２１では、ＳＴＭＰの代わりに、Ｌ－酒石酸を０．０２２重量％の量で使用した。ホウ酸（０．０５重量％）の量及びセメント（０．１重量％）の量は、内部標準に相当した。

Ｌ２２では、ＳＴＭＰの代わりに、Ｄ／Ｌ－酒石酸を０．０２２重量％の量で使用した一方で、ホウ酸及びセメントの量は、内部標準（すなわち、０．０５重量％のホウ酸及び０．１重量％のセメント）に相当した。

Ｌ２３では、同様にＤ／Ｌ－酒石酸を０．０２２重量％の量で使用した。また、ホウ酸の代わりに、０．０５重量％のホウ酸と等価なホウ酸塩（具体的には五ホウ酸ナトリウム）を使用した。

結果は、Ｌ－酒石酸（Ｌ２１）又はＤ／Ｌ－酒石酸（Ｌ２２）によるＳＴＭＰの置き換えが品質を損なうことなく可能であり、これらの組成物を用いると、内部標準による結果よりもより良好な結果がサグ試験において得られることを示している。

同様に、ホウ酸を五ホウ酸ナトリウム（Ｌ２３）で置き換えることも可能であるが、内部標準又はＬ２２と比較してサグ試験において僅かに劣る結果となる。Ｌ２２は、単に、Ｌ２３において使用したホウ酸塩の代わりにホウ酸を使用する点で、Ｌ２３とは異なっている。

表５において、酒石酸の塩である酒石酸塩によるＳＴＭＰの置き換えを試験した。内部標準（Ｌ２５）は、０．０２２重量％のＳＴＭＰ、０．０５重量％のホウ酸、及び０．１重量％のセメントを含有した。サンプルＬ２６では、ＳＴＭＰを、同じ量のＤ／Ｌ－酒石酸によって置き換えた。サンプルＬ２７では、ＳＴＭＰを、同じ量の酒石酸Ｎａ／Ｋによって置き換えた。

結果は、ホウ酸及びセメントと組み合わせた酒石酸塩を用いたサンプル（Ｌ２７）でさえも、内部標準を用いたサンプル（Ｌ２５）と比較して、サグ試験において僅かに低いサグを達成したことを示している。

しかしながら、サグ値が最も低かったのは、ＳＴＰＭ（Ｌ２５）の代わりにＤ／Ｌ－酒石酸を含有したサンプルＬ２６であった。ホウ酸及びセメントの含有量は、両方のサンプルにおいて同じであった。

本発明には下記の態様が含まれる。
＜１＞ ホウ酸及び／又はホウ酸の塩、酒石酸及び／又は酒石酸の塩、並びにセメントを含む、石膏成形品製造用添加剤。
＜２＞ 前記ホウ酸及び／又は前記ホウ酸の塩が、焼石膏の量に対して０．０１重量％～０．１５重量％（好ましくは０．０１重量％～０．１重量％）の量で含まれることを特徴とする、＜１＞に記載の添加剤。
＜３＞ 前記酒石酸が、酒石酸ラセミ体であることを特徴とする、＜１＞又は＜２＞に記載の添加剤。
＜４＞ 前記酒石酸及び／又は前記酒石酸の塩が、焼石膏の量に対して０．００１重量％～０．１重量％（好ましくは０．００５重量％～０．０３重量％）の量で含まれることを特徴とする、＜１＞～＜３＞のいずれか一項に記載の添加剤。
＜５＞ 前記セメントが、ポルトランドセメントであることを特徴とする、＜１＞～＜４＞のいずれか一項に記載の添加剤。
＜６＞ 前記セメントが、焼石膏の量に対して０．０５重量％～０．５重量％（好ましくは０．０８重量％～０．２５重量％）の量で含まれることを特徴とする、＜１＞～＜５＞のいずれか一項に記載の添加剤。
＜７＞ 少なくともスラリーから製造され、前記スラリーが焼石膏、水、及び添加剤から形成され、前記添加剤がホウ酸及び／又はホウ酸の塩、酒石酸及び／又は酒石酸の塩、並びにセメントを含む、石膏成形品（特に石膏ボード）。
＜８＞ 焼石膏を水及び添加剤と混合する工程であって、前記添加剤がホウ酸及び／又はホウ酸の塩、酒石酸及び／又は酒石酸の塩、並びにセメントを含んでいる前記工程と、
石膏成形品を形成する工程と、
所望により、前記石膏成形品を乾燥させる工程と、
を含む、石膏成形品（特に石膏ボード）を製造する方法。

Claims (10)

1. 焼石膏、水、及び石膏成形品製造用添加剤から形成されるスラリーであって、
   前記石膏成形品製造用添加剤は、ホウ酸、酒石酸及び／又は酒石酸の塩、並びにセメントを含み、
   前記ホウ酸が、焼石膏の量に対して０．０５重量％～０．０７５重量％の量で含まれること、
   前記酒石酸及び／又は前記酒石酸の塩が、焼石膏の量に対して０．０１１重量％～０．０３３重量％の量で含まれること、並びに、
   前記セメントが、焼石膏の量に対して０．１重量％～０．３重量％の量で含まれることを特徴とする、前記スラリー。
2. 前記酒石酸が、酒石酸ラセミ体又はＬ－酒石酸であることを特徴とする、請求項１に記載のスラリー。
3. 前記セメントが、ポルトランドセメントであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のスラリー。
4. 少なくとも請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のスラリーから製造される石膏成形品。
5. 前記石膏成形品が石膏ボードである、請求項４に記載の石膏成形品。
6. 焼石膏を水及び添加剤と混合する工程であって、前記添加剤がホウ酸、酒石酸及び／又は酒石酸の塩、並びにセメントを含み、
   前記ホウ酸が、焼石膏の量に対して０．０５重量％～０．０７５重量％の量で含まれること、
   前記酒石酸及び／又は前記酒石酸の塩が、焼石膏の量に対して０．０１１重量％～０．０３３重量％の量で含まれること、並びに、
   前記セメントが、焼石膏の量に対して０．１重量％～０．３重量％の量で含まれることを特徴とする前記工程と、
   石膏成形品を形成する工程と、
   を含む、石膏成形品を製造する方法。
7. 形成した前記石膏成形品を乾燥させる工程を更に含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記石膏成形品が石膏ボードである、請求項６又は請求項７に記載の方法。
9. ホウ酸、酒石酸及び／又は酒石酸の塩、並びにセメントを含む添加剤の、石膏成形品のサグ耐性の向上のための使用であって、前記石膏成形品は少なくとも、焼石膏、水、及び前記添加剤から形成されるスラリーから製造され、
   前記ホウ酸が、焼石膏の量に対して０．０５重量％～０．０７５重量％の量で含まれること、
   前記酒石酸及び／又は前記酒石酸の塩が、焼石膏の量に対して０．０１１重量％～０．０３３重量％の量で含まれること、並びに、
   前記セメントが、焼石膏の量に対して０．１重量％～０．３重量％の量で含まれることを特徴とする、
   前記使用。
10. 前記酒石酸がＬ－酒石酸である請求項９に記載の使用。

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