JP7314258B2 - 石膏建材用のホウ素を含まないサグ防止添加剤 - Google Patents

Description

本発明は、石膏建材用サグ防止添加剤（ａｎｔｉ－ｓａｇｇｉｎｇ ａｄｄｉｔｉｖｅ）に関する。
特に、本発明は、石膏建材のサグ抵抗を増大させ、ホウ素を含まない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抵抗を増大させる添加剤は、先行技術から知られている。石膏ボードの場合の、特に温暖多湿条件に曝されたときのクリープの現象が、かなり以前から知られている。例として、ＤＥ１７７１０１７Ｂ２は、石膏成形品のクリープを低減するための酒石酸の使用について記載している。ポリリン酸塩、特にＳＴＭＰ（トリメタリン酸ナトリウム）を使用すると、より良好な結果が達成される（例えば、ＷＯ９９／０８９７８を参照）。

加えて、異なる試薬の組み合わせが、先行技術から知られている。例えば、ＵＳ２００６／００４８６８０Ａ１には、サグ耐性を改善するための添加剤として、酒石酸とホウ酸またはホウ酸塩との組み合わせを使用することが記載されている。加えて、アルカリ金属リン酸塩またはアルカリ土類金属リン酸塩、例えば、ＳＴＭＰを含有することもできる。

ＷＯ２０１７／０９２８３７Ａ１は、ホウ酸および／またはホウ酸の塩、酒石酸および／または酒石酸の塩、およびセメントを含むサグ防止添加剤を記載している。

最近、深刻な健康被害を排除することができないため、ホウ素含有試薬の工業的使用が継続的な議論の対象となっている。安全規制、例えば欧州ＲＥＡＣｈ規制は、今後、これらの化合物の使用を防止または大幅に制限する可能性がある。したがって、ホウ素を含まない添加剤が必要である。

本発明の目的は、ＳＴＭＰまたはホウ酸もしくはホウ酸塩を含有しない、石膏成形品のサグ耐性を改善するためのさらなる添加剤を提供することである。加えて、石膏成形品、およびこの種類の石膏成形品を製造するための方法も提供され、当該石膏成形品は、ＳＴＭＰも、ホウ酸またはホウ酸塩も含有しない。

この目的は、請求項１に記載のサグ防止添加剤、請求項６に記載の石膏成形品、および請求項７に記載の石膏成形品を製造するための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は、それぞれの従属請求項に記載されている。

「添加剤」という単語は、完成した石膏成形品のサグ耐性にプラスの影響を与える石膏スラリーの構成成分に関する包括的用語として使用される。添加剤は、必ずしも予め作製された混合物である必要はなく、代わりに、個々の構成成分が石膏スラリーに個別に添加されてもよい。

石膏成形品は、主に石膏から作製された、すなわち、石膏含有量が５０重量％を超える、好ましくは８５重量％を超える、規定された形態を有する物品である。石膏成形品は、好ましくはプラスターボードである。

サグ防止剤は、石膏成形品に含まれる場合、その成形品のサグ、すなわち石膏のクリーピング（石膏成形品に作用する荷重による塑性変形を意味する）を低減または防止する組成物である。荷重は、石膏成形品に作用する任意の力、例えば重力であり得る。

石膏成形品を製造するためのサグ防止添加剤は、サグ防止剤として石膏成形品の製造に使用するための化合物である。

したがって、石膏成形品を製造するためのサグ防止添加剤は、Ｌ－酒石酸（左旋性酒石酸）および／またはＬ－酒石酸塩と、ｐＨ増強化合物と、を含むが、例えばホウ酸またはホウ酸塩としてのホウ素含有化合物を含まない。添加剤は基本的にホウ素を含まない、すなわち、ホウ素含有化合物は積極的には添加されていない。好ましくは、サグ防止添加剤が使用されるスラリーも、基本的にはホウ素を含まない。ｐＨ増強化合物は、好ましくはセメント、特にポルトランドセメントであり得る。しかしながら、生石灰や白色セメントなど、他のｐＨ増強物質も使用可能である。

好ましくは、添加剤は、Ｌ－酒石酸／Ｌ－酒石酸塩の量と、ｐＨ増強化合物（セメント）の量を、（質量に対して）１：１～１：１０、好ましくは１：２～１：５の比率で含有する。

Ｌ－酒石酸および／またはＬ－酒石酸の塩（Ｌ－酒石酸塩）は、これらが使用される焼石膏の質量に対して、０．００１～０．１重量％、好ましくは０．０１～０．０５重量％の量で添加剤に含有される。

例として、ポルトランドセメントをｐＨ増強化合物として使用することができる。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質量に対して、０．０５～０．５重量％、好ましくは０．０８～０．２５重量％の量で含有される。

本発明はまた、少なくとも焼石膏、水、および硬化石膏から石膏成形品を製造するためのサグ防止添加剤からなるスラリーから製造された、石膏成形品、特にプラスターボードなどの石膏ボードに関する。サグ防止添加剤は、上記の物質、具体的には酒石酸および／または酒石酸塩と、ｐＨ増強化合物と、を含むまたは含有するが、ホウ素含有化合物は含まないまたは含有しない。

本発明は追加的に、石膏成形品、特に石膏ボードを製造するための方法であって、焼石膏を水およびサグ防止添加剤と混合する工程と、石膏成形品を形成する工程と、任意選択的に、この石膏成形品を乾燥させて、硬化石膏から石膏成形品を製造する工程と、を含む、方法に関する。添加剤は、上記の構成成分、具体的には酒石酸および／または酒石酸塩と、ｐＨ増強化合物とを含有するが、ホウ素含有化合物は含有しない。
以下、例示的な実施形態に基づいて、本発明をより詳細に説明する。

プラスターボードから切り取ったサグ決定用試料の一例を示す図である。

プラスターボードのサグ耐性を改善するために異なる組成の添加剤を使用して搬送ライン試験（ｃｏｎｖｅｙｏｒ ｌｉｎｅ ｔｅｓｔｓ）を実施した。製造したプラスターボードは、板紙ウェブで包まれた発泡石膏コアからなる。ボードは従来通りに製造される。つまり、最初に、ベータ半水和物、水、対応するサグ防止添加剤、ならびにさらなる添加剤（特に、促進剤および発泡界面活性剤溶液）からスラリーを作る。酒石酸には石膏スラリーの硬化速度を遅らせる効果があるため、異なるスラリーについて硬化時間がほぼ一定となるように、促進剤の添加量を設定した。細かく粉砕した、すなわち粉末状の硫酸カリウム二水和物を促進剤として使用した。促進剤の選択は、本発明の範囲内において重要ではなく、したがって、当業者が熟知している他の促進剤を使用することもできる。

製造したプラスターボードのサグを決定するために、プラスターボードから１０ｃｍ×６７ｃｍの寸法の試料を、所定の箇所でボードから切り取った（図１を参照）。縦方向の３つの試料（ＲＬ＝右縦方向、ＭＬ＝中央縦方向、およびＬＬ＝左縦方向）および横方向の３つの試料（ＲＱ＝右横方向、ＭＱ＝中央横方向、およびＬＱ＝左横方向）を、被験ボードごとに取得した。縦方向の試料は、それらの縦方向の範囲がボードの製造方向に延在するよう、被験ボードから切り取った。横方向の試料は、それらの縦方向の範囲がボードの製造方向に対して垂直に配置されるよう、被験ボードから切り取った。各場合（ＭＬ、ＭＱ）における１つの試料を、ボードの中央から（つまり、ボードの縦方向の２つの縁から等しい距離で）取得し、各場合（ＬＬ、ＬＱおよびＲＬ、ＲＱ）における１つの試料を、それぞれ、ボードの左または右縁部のより近くに配置されたボード領域から取得した。

次いで、このようにして取り除いた試料を、一定重量に達するまで、乾燥キャビネット内で、縦方向縁部で立たせて乾燥させ、サグを決定するためのゼロ値（初期サグ）を、試料の中央において精密深さゲージを用いて決定した。

２０±１℃および９０±１％の相対湿度の人工気候室内にて７日間、試料を縁部（支持体間の距離：６０ｃｍ）で支持して貯蔵した。次いで、上述の方法でサグを再び決定し、初期サグを差し引くことによって絶対値を決定した。ボードごとの縦方向の３つの試料の値および横方向の３つの試料の値を、各場合において平均した。

表１に決定したサグ値を列挙する。被験ボードは、Ｖ１５～Ｖ１９、Ｖ２０～Ｖ２６、Ｖ２７～Ｖ３３、およびＶ３４～Ｖ３９の４つの試料群を区別できるように、異なる日に製造した。各試料について、２つのプラスターボードから複製を切り取り、異なる実験（ｒｕｎｓ）において複製のサグについて試験した。各実験は、内部「標準」のサグ防止添加剤を使用して（つまり、それぞれのボードを製造するのに使用したスタッコの質量に対して各々、０．０３重量％のＳＴＭＰ、０．１重量％のセメント、および０．０５重量％のホウ酸を使用して）製造したボードに関して行う試験から開始する。「標準欄」の右欄には、異なる組成のサグ防止添加剤を使用した実験を示し、その内容が表示されている。ＤＬ－またはＬ－酒石酸は０．０３重量％の量で使用し、ホウ酸は０．０５重量％の量で使用し、セメントは常に０．１重量％の量で使用し、すべての量は、それぞれのボードを製造するのに使用したスタッコの量を基準とした。

略語「縦１」および「横１」は、１回目の実験の縦方向および横方向の試料（上記を参照）を指す。「縦２」および「横２」は、２回目の実験の縦方向および横方向の試料を指す。各試料についての２つの測定値を、個々の測定値の下に、「縦」または「横」として平均した。「縦」および「横」は、試験のすべての縦方向の試料またはすべての横方向の試料（つまり、ボードのどの部分から試料を切り出したか区別せずに）の算術平均を示す。最下行は、１つの試験のすべての測定値の平均値を示す。

すべての試料を同じ方法で準備し、これらの試料には、使用したサグ防止添加剤を除いて同じ成分が含有されていた。

ＤＬ－酒石酸、セメント、およびホウ酸を含有する試料（Ｖ３８）は、内部標準（つまり、ＳＴＭＰ）、セメント、およびホウ酸を用いて製造したすべての試料（Ｖ１５、Ｖ２０、Ｖ２７、およびＶ３４）よりも平均してわずかに低いサグを示している。試料Ｖ３８と標準試料との間の唯一の違いは、ＳＴＭＰの代わりに等量のＤＬ－酒石酸を使用したことである。

ＳＴＭＰの代わりにＬ－酒石酸が使用され（Ｖ２６、Ｖ３６）、試料にホウ酸が含有される場合、サグについて非常に良好な結果が達成される。

しかしながら、健康および環境問題のためにホウ酸を含有しない場合（試料Ｖ１９およびＶ３９）には、別の状況となる。ＳＴＭＰの代わりにＤＬ－酒石酸を含有するが、ホウ酸を含有しないサグ値は、それぞれの標準試料（Ｖ１５およびＶ３４）よりも明らかに高いサグを示す。

驚いたことに、ＤＬ－酒石酸の代わりにＬ－酒石酸およびセメントを使用するが、ホウ酸を使用しない（Ｖ２５、Ｖ３３、Ｖ３７）と、サグ値が標準よりも明らかに低くなる。

したがって、内部標準の代わりに酒石酸とセメントの組み合わせを使用し、ホウ酸を含有しないことは、品質を低下させることなく可能である。

本開示は、以下の実施形態を含む。
＜１＞ 石膏成形品を製造するためのサグ防止添加剤（ａｎｔｉ－ｓａｇｇｉｎｇ ａｄｄｉｔｉｖｅ）であって、Ｌ－酒石酸および／またはＬ－酒石酸塩と、ｐＨ増強化合物と、を含むがホウ素含有化合物を含まない、サグ防止添加剤。
＜２＞ 前記ｐＨ増強化合物がセメントであることを特徴とする、前記＜１＞に記載のサグ防止添加剤。
＜３＞ Ｌ－酒石酸またはＬ－酒石酸塩の量とｐＨ増強化合物の量の比率が、１：１～１：１０、好ましくは１：２～１：５であることを特徴とする、前記＜１＞または＜２＞に記載のサグ防止添加剤。
＜４＞ 前記Ｌ－酒石酸および／または前記Ｌ－酒石酸塩が、焼石膏の質量に対して、０．００１～０．１重量％、好ましくは０．０１～０．０５重量％の質量で含有されることを特徴とする、前記＜１＞～＜３＞のいずれか一項に記載のサグ防止添加剤。
＜５＞ 前記ｐＨ増強化合物が、焼石膏の質量に対して、０．０５～０．５重量％、好ましくは０．０８～０．２５重量％の量で含有されることを特徴とする、前記＜１＞～＜４＞のいずれか一項に記載のサグ防止添加剤。
＜６＞ 少なくとも、焼石膏、水、およびサグ防止添加剤から形成されるスラリーから製造される石膏成形品、特に石膏ボードであって、前記サグ防止添加剤が、Ｌ－酒石酸および／またはＬ－酒石酸塩と、ｐＨ増強化合物と、を含むが、ホウ素化合物を含まない、石膏成形品、特に石膏ボード。
＜７＞ 石膏成形品、特に石膏ボードを製造するための方法であって、焼石膏を水および添加剤と混合する工程であって、前記添加剤が、Ｌ－酒石酸および／またはＬ－酒石酸塩と、ｐＨ増強化合物と、を含む、混合する工程と、石膏成形品を形成する工程と、任意選択的に、前記石膏成形品を乾燥させる工程と、を含む、方法。

Claims (11)

1. 石膏成形品を製造するためのサグ防止添加剤（ａｎｔｉ－ｓａｇｇｉｎｇ ａｄｄｉｔｉｖｅ）であって、（ｉ）Ｌ－酒石酸および／またはＬ－酒石酸塩と、（ｉｉ）セメント及び生石灰のうちの少なくとも１つと、を含むがホウ素含有化合物を含まない、サグ防止添加剤であって、前記（ｉ）Ｌ－酒石酸および／またはＬ－酒石酸塩の量と前記（ｉｉ）セメント及び生石灰のうちの少なくとも１つの量との比率が１：２～１：５である、サグ防止添加剤。
2. セメントを含むことを特徴とする、請求項１に記載のサグ防止添加剤。
3. 少なくとも、焼石膏、水、およびサグ防止添加剤から形成されるスラリーから製造される石膏成形品であって、前記サグ防止添加剤が、（ｉ）Ｌ－酒石酸および／またはＬ－酒石酸塩と、（ｉｉ）セメント及び生石灰のうちの少なくとも１つと、を含むが、ホウ素化合物を含まない、石膏成形品であって、前記（ｉ）Ｌ－酒石酸および／またはＬ－酒石酸塩の量と前記（ｉｉ）セメント及び生石灰のうちの少なくとも１つの量との比率が１：２～１：５である、石膏成形品。
4. 前記石膏成形品が石膏ボードである、請求項３に記載の石膏成形品。
5. 前記（ｉ）Ｌ－酒石酸および／または前記Ｌ－酒石酸塩が、焼石膏の質量に対して、０．００１～０．１重量％の質量で含有されることを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載の石膏成形品。
6. 前記（ｉ）Ｌ－酒石酸および／または前記Ｌ－酒石酸塩が、焼石膏の質量に対して、０．０１～０．０５重量％の質量で含有されることを特徴とする、請求項３に記載の石膏成形品。
7. 前記（ｉｉ）セメント及び生石灰のうちの少なくとも１つが、焼石膏の質量に対して、０．０５～０．５重量％の量で含有されることを特徴とする、請求項３～６のいずれか一項に記載の石膏成形品。
8. 前記（ｉｉ）セメント及び生石灰のうちの少なくとも１つが、焼石膏の質量に対して、０．０８～０．２５重量％の量で含有されることを特徴とする、請求項７に記載の石膏成形品。
9. 石膏成形品を製造するための方法であって、焼石膏を水および添加剤と混合する工程、及び石膏成形品を形成する工程を含み、前記添加剤が、（ｉ）Ｌ－酒石酸および／またはＬ－酒石酸塩と、（ｉｉ）セメント及び生石灰のうちの少なくとも１つと、を含むが、ホウ素化合物を含まない、方法であって、前記（ｉ）Ｌ－酒石酸および／またはＬ－酒石酸塩の量と前記（ｉｉ）セメント及び生石灰のうちの少なくとも１つの量との比率が１：２～１：５である、方法。
10. 前記石膏成形品が石膏ボードである、請求項９に記載の方法。
11. 前記方法が、更に石膏成形品を乾燥させる工程を含む、請求項９又は請求項１０に記載の方法。