JPS63307175A - 軽量石膏成形体の製造方法 - Google Patents

軽量石膏成形体の製造方法

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JPS63307175A
JPS63307175A JP14247387A JP14247387A JPS63307175A JP S63307175 A JPS63307175 A JP S63307175A JP 14247387 A JP14247387 A JP 14247387A JP 14247387 A JP14247387 A JP 14247387A JP S63307175 A JPS63307175 A JP S63307175A
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copolymer
gypsum
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weight
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Naoyuki Kato
直行 加藤
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Mitsubishi Chemical BASF Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、天井材、壁材等の建材、玩具として有用な軽
量石膏成形体の製造方法に関するものである。
〔従来技術〕
水利硬化型石膏(α半水石膏、β半水石膏、■型無水石
膏)100重量部に、アニオン性樹脂水性エマルジョン
またはノニオン性樹脂水性エマルジョン(固型分量で2
〜30重量部)および適宜量の水(石膏の水和硬化反応
に必要な量、通常、理論混水量としては19重量部、標
準混水量で40重量部)を混合し、石膏の水利硬化反応
を行わせて密度が1.2〜1.8 f/−の耐水性、強
度を向上した石膏硬化体を製造することは知られている
(特開昭54−37130号、同57−179059号
、同53−121821号、同51−129428号、
同52−80327号、同58−36957号、同49
−17421号公報)。
これら従来技術においては、水(水性エマルジョン中の
水も含む)の量は、石膏の水利に必要な理論量(水/石
膏 0.186 )又は標準混水量(水/石膏 0.4
1 )でろって、硬化体の密度が1.2〜1.89/a
lと発泡していないものであし1軽量性、断熱性に欠け
る。
〔問題点を解決する具体的手段〕
本発明においては、石膏100重量部に対し、水を15
0〜750重量部と過剰に用い、石膏と、水に特定のア
ニオン性樹脂水性エマルジョンを混合し、ここへ石膏を
加えて均一な混合液を得、これを型内で石膏の水和硬化
反応をさせて石膏に水を保持させた成形体を得、ついで
乾燥して軽量石膏成形体を得る。
即ち、本発明は、 囚成分: 水和硬化型石膏        100重量部(B)成
分: カルシウムイオンによりキレート化合物を作るアニオン
性界面活性剤を用いて、ビニル単量体混合物を乳化重合
して得られる共重合体水性エマルジョンであって、該共
重合体中のカルボキシル基濃度が0〜0.3重量%であ
るアニオン性共重合体水性エマルジョン 共重合体の固型分量で1〜30重量部 0成分:水            O〜適量上記囚、
(2)およびC成分を混合、攪拌して均一な混合液とし
た後、型内で静置し、囚、(杓およびΩ成分の混合液の
液温を03)成分の水性エマルジョン中の共重合体のガ
ラス転移点(Tg)よりも高く、(該Tg−1−45)
 ’C以下の温度に保って水利硬化反応を行って、水を
保持した石膏成型体を得、ついで該石膏成型体を乾燥し
て、水分を飛散させることを特徴とする軽量石膏成型体
の製造方法を提供するものである。
(水和硬化型石膏) 水利硬化型石膏としては、α半水石膏、β半水石膏、■
型無水石膏、β無水石膏が利用できる。
これら石膏が水利反応して2水石膏の硬化物となる。
これら石膏の相関を次に示す。
乾式加熱 β−CaS041/2HzO’;iTiβ−CILSO
4”−CaS041/2PbOイIIβ−CaSO4湿
式加熱 (アニオン性共重合体水性エマルジョン)■成分のアニ
オン性共重合体水性エマルジョンはカルシウムイオンに
よりキレート化合物を作るアニオン性界面活性剤を用い
て、ビニル単量体を乳化重合して得られる共重合体水性
エマルジョンテロツて、該共重合体中のカルボキシル基
濃度カ0〜0.3重量シでおるアニオン性共重合体水性
エマルジョンである。
ここで共重合体中のカルボキシル基濃度は共重合体を形
成したビニルモノマーの総重量に対し、その共重合体に
占めるa、β−不飽和酸に基づく構成ユニットの重量%
をもって示す。
α、β−不飽和酸としては、アクリル酸、メタクリル酸
、フマル酸、イタコン酸、クロトン酸、無水マレイン酸
等が使用される。α、β−不飽和酸がアクリル酸、イタ
コン酸、フマル酸、無水マレイン酸のように共重合体粒
子の表面に多くカルボキシル基が存在する共重合体を与
えるものでるるときけ、カルボキシル基濃度が0.1重
量%未満となるように、また、メタクリル酸のように共
重合体粒子の内部に多くカルボキシル基が存在するよう
な共重合体を与えるときは、カルボキシル基濃度が0.
3重量%以下となるように乳化重合に用いるα、β−不
飽和酸の使用量を加減する。
前述の公報詳に記載されるように石膏のカルシウムイオ
ン(Ca)が樹脂水性エマルジョンの共重合体のカルボ
キシル基(−COOH)と反応して石膏の硬化反応を遅
らすので、(B成分のアニオン性共重合体の水性エマル
ジョンの樹脂は、カルボキシル基が粒子表面に出来るか
ぎ9存在しないか、酸基を有していないものであること
が好ましい。
一般に親水性単量体0.5〜3wt部がCa2+に対す
る安定性を向上すると記載されているがその中でもカル
ボキシル基の存在は硬化不良を示す。しかしながら、O
H基や−CONH2はCa  K対しては影響が認めら
れなかった。
やむを得ずビニル単量体としてアクリル酸、メタクリル
酸、イタコン酸、フマル酸、無水マレイン酸、クロトン
酸等のα、β−不飽和カルボン酸を用いるときは、共重
合体中のカルボキシル基濃度が前述の濃度以下となるよ
うに用いる。この濃度を越えると石膏のCa++が水性
エマルジョンの樹脂に食われる量が多く石膏の水利反応
に要する時間が長くなるか、石膏が硬化しなくなる。こ
の為図−2のごとく硬化石膏層(下層)と未硬化石膏層
等に分離又は全面的に未硬化層となる。
と+7)Ca”+は、乳化剤のアンモニアイオンやに八
Na 、 Li 等の金属イオンとイオン交換しキレー
ト化により、例えば乳化剤は親水性の低下した有機スル
ホン酸カルシウム塩又は有機カルボン酸カルシウム塩と
なり、その界面活性能力を下げエマルジョンが破壊され
、共重合体粒子は凝集、凝固する。
この共重合体粒子の凝集、凝固を利用し、水を保持した
まま水利硬化した石膏成形体を得る。
乳化剤としては、ラウリン酸スルホン酸ソーダー、ステ
アリン酸ノーグー、ポリオキシエチレンアルキルエーテ
ル硫酸エステルソーダー、ポリオキシエチレンアルキル
フェニルエーテルスルホン酸ノーグー、アルカンスルホ
ン酸ソーダー、アルキルベンゼンスルホン酸ノーダー等
の有機スルホン酸ソーダー塩:脂肪族石鹸、脂肪酸サル
コシド、ロジン酸石鹸等の脂肪酸金属塩;これらのN&
の代抄にK”、NH4%アルカノールアミンイオンを有
する硫酸エステル型アニオン性界面活性剤もしくは脂肪
酸誘導体が利用できる。
これらアニオン性乳化剤は、得られる水性エマルジョン
の共重合体100重量部に対し、固型分量で0.6〜2
.5重量部の割合で用いる。これより多い場合、乳化剤
の破壊作用が小さく期待される共重合体粒子の凝集が部
分的又は全く生じなくなるとともに石膏の水利硬化反応
が阻害される。
又、少ない場合水性共重合体エマルジョンの重合安定性
、貯蔵安定性が低く、かつ共重合体粒子の凝集が速く石
膏との混和安定性に問題がある。
即ち、0.6重量部未満では、共重合体粒子の凝集物の
発生や、凝集の速度がはやく石膏と共重合体水性エマル
ジョンと水の混合液を均一に保つことが困難で、静置下
での石膏の水利硬化時に硬化した石膏と分離した水の2
層に別れたときの上澄の水層の容積率が35〜50%と
な9、(第2図参照)水が有効に利用されない。との為
得られる軽量石膏成形体の密度が0.7 f/aAを越
えやすく、軽量の改良効果が小さい。因みにエマルジョ
ンを用いないときは得られる軽量石膏成形体の密度は0
.74〜0.90f/cdとなる。
2.5重量部を越えるとエマルジョンの共重合体粒子の
凝集、凝固に時間を要するとともに、エマルジョンの共
重合体の構成成分によっては、共重合体エマルジョンの
一部が石膏硬化体層(下層)と分離した層(上層)を形
成したり、石膏硬化体層(下層)とは別に石膏が未硬化
の中層を形成(第2図参照)シ、水和硬化型石膏やアニ
オン性共重合体水性エマルジョンが有効に利用されない
アニオン性乳化剤と一諸にポリオキシエチレンアルキル
エーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテ
ル、ポリオキシエチレン化ヒマシ油等のノニオン性界面
活性剤を併用しても良い。
このノニオン乳化剤は、Ca 等による凝集作用を受け
ず、共重合樹脂粒子をCa  より守り安定化させる力
を有する。又、樹脂エマルジョンの重合時に安定で効果
的で、かつ、石膏以外の無機混合物や各種繊維等の分散
剤として有効である。
しかしながら、2%を起えて用いた場合、樹脂エマルジ
ョンの一部を凝集しえなくなる為、出来るかぎり少ない
ftうが良い。この為Q3)成分の共重合体粒子に対し
て0〜2%の範囲で重合時又は、重合後にノニオン乳化
剤を配合するのが好ましい。
アニオン性共重合体を与えるビニル単量体としては、ア
クリル酸アルキルエステル、メタクリル酸アルキルエス
テル(これらアルキル基の炭素数は1〜g):2−ヒド
ロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアク
リレートおよびこれらのメタクリレート相当物;アクリ
ルアミド、メタクリルアミド、塩化ビニル、塩化ビニリ
デン、エチレン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチ
ル等のエステル類、酢酸ビニル、スチレン、アクリル酸
、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、クロトン酸、
無水マレイン酸等が利用でき、これらビニル単量体の2
種以上を選択し、得られる水性エマルジョンの共重合体
粒子のガラス転移点が、好ましくは一30℃〜+30℃
となるようにするとともに、共重合体中のカルボキシル
基の量が前記した量の範囲となるようにビニル単量体を
選択スル。なお、ビニルスルホン酸ナトリウム等のごと
く反応性乳化剤と呼ばれるものは、アニオンであればア
ニオン性乳化剤として取扱う。
乳化重合は通常の方法で行われ、得られる共重合体水性
エマルジョン中の樹脂固型分濃度は20〜65重量%、
共重合体粒子の粒径は0.03〜3ミクロンが一般であ
る。
仁のアニオン性共重合体水性エマルジョンの使用量は、
共重合体を構成するビニル単量体の種類により大きく作
用されるが、一般に(ト)成分の水利硬化型石膏100
重量部に対し、固型分で1〜30重量部である。30重
量部を越えるとエマルジョンを含む石膏層(下層)とは
別に共重合体水性エマルジョンのみの層(上層)が形成
(第3図参照)され、エマルジョンが十分有効に利用さ
れない。
このエマルジョンの石膏に対する使用量は、上述したよ
うにエマルジョンの共重合体を構成するビニル単量体の
種類により大きく゛作用され、一般に酸基や、水酸基、
アミド基等の官能基があるものの方が、これら官能基を
有してrない共重合体よりもその使用量の上限値が低く
なる傾向がある。
(水) 水は石膏の水利硬化反応に寄与すると共に、石膏が硬化
するまでの石膏の分散媒の役目をし、目的の密度を得る
為の増量剤ともなる。
一般に、用いる水量が多い方が、より密度の小ぎい(よ
り軽量の)軽量石膏成形体が得られる傾向があるが、逆
に、石膏成形体より分離された上澄の水層の量が多くな
る欠点がある。
0成分の水と、(B)成分のエマルジョン中の水との量
の和は、(4)成分の石膏の使用量100重量部に対し
、150〜750重量部、好ましくは200〜350重
量部である。
150重量部未満では得られる軽量石膏体の密度が0.
7 f / al1以上となりやすい。750重量部を
越えても得られる軽量石膏成形体の軽量効果の向上が少
さく、分離する水量が増加する。なお、この密度は、水
量と用いる(B)成分の量も関係する。
(成形方法) ■成分の石膏、g3)成分の共重合体水性エマルジョン
、0成分の水、必要によりクエン酸、酒石酸等の遅延剤
、アルミナ粉、クレイ、シラス等軽量骨材、有機無機金
属等の繊維中空ガラス球等の充填材、でんぷん、ポリビ
ニルアルコール、メチルセルロース、ヒドロキシエチル
セルロース等の保護コロイド剤、顔料等を添加し、攪拌
により均一な混合液とした後、型内に混合液を注入し、
静置する。発泡剤又は消泡剤を加えてもよい。
混合は、これら成分を型内に添加後、攪拌してもよい。
石膏混合体の硬化時間は、60分以内、好ましくは20
〜40分である。
ところで、囚石膏、(B)エマルジョン、(C’)水成
分よ抄なる混合液は、ノ)と0を混ぜたものと(4)を
混合し、鋳型するのがよいが、この混合液の温度(ただ
し石膏の水和発熱前の)は、(2)成分のエマルジョン
の共重合体粒子のガラス転移点(Tg)よりも高く、か
つ「7g+45℃」以下の温度とする。
この液温は、石膏の温度、水の温度又は混合液の加温に
よってもよい。しかしながら液温は混合直後のものであ
り、その後は、当然のことながら硬化反応により発熱し
、自動的に上昇する。
石膏混合体の混合時液温は、本発明においては重要なフ
ァクターであや、(句成分の水性エマルジョン共重合体
粒子の融着力が有効に活用される。
この為、液温を共重合体のTg(ガラス転移点)よりも
高く、かつ、該ガラス転移点+45℃高い温度以下の範
囲にする。Tg未溝の温度では、共重合体粒子の融着力
を示さない。Tgよ抄低い温度では、エマルジョン中の
共重合体粒子がCa等による凝集作用を受けても、エマ
ルジョン中の共重合体粒子同士並びに共重合体粒子と石
膏や各種添加成分との付着力(造膜力)が期待出来ず、
1A)(B)、C)混合液からの石膏成分の沈降が進み
水の分離が大きく生じることとなる。ただし、水硬持前
、液温がTg未満でろっても混合後、時間の経過ととも
に石膏の水利反応が進むにつれて発熱することにより混
合液・液温が上昇し、Tgを越えることがあるが、それ
まで、分離を生じない様、液を攪拌して均一な混合液と
しておく必要がある為、実用的でない。
次にrTg+45℃」よし高い温度の場合、(B)成分
の共重合体粒子が、あまりにも軟化している為、混合す
ると共重合体の小粒子が凝集を直にすると同時に、共重
合体粒子の融着が起と抄、混合の瞬間に共重合体粒子、
石膏の凝結がおきてガム状物が形成されたり、又は液の
著るしい増粘を起こし目的の密度の軽量石膏成型体が得
られない。
混合液の水和硬化反応の温度は、好ましくはTg+(n
o〜30)℃が良い。
ガラス転移点(Tg)の測定は測定法、条件によ秒差が
出やすいが本発明ではデュポン製示差熱分析機 109
0型を用い昇温速度10℃/分にて測定した。
石膏(2)は、水との混合と同時に水利反応が始ま))
、Ca  イオノがあられれる。石膏からのCat+に
より、エマルジョン中のエマルジョン化機能ヲつかさど
るアニオン性乳化剤の金属イオン又はアンモニウムイオ
ンが置換され、乳化剤は疎水塩とな9乳化剤の乳化機能
を低下又は消失させ、エマルジョンの共重合体粒子を凝
集させると同時に共重合体同士&石膏粒子が結びつき混
合物の粘度の上昇、凝固2させ、石膏1を固定する。こ
の共重合体粒子1で固定された石膏は、水和反応がどん
どん進行し、水利石膏(CaSO4・2HzO)となり
固化し、水を保持した石膏成型体(3)を得、ついで型
4よね水を保持した石膏成形体(3)を取り出し、これ
を乾燥して、水を飛散することにより、軽量石膏体(5
)を得ることが出来る(第1図参照)。
このエマルジョンの共重合体粒子の凝集、凝固の際、適
剰の水は分離され、上澄液6となることもある。勿論、
前記したようにエマルジョンの共重合体を構成するビニ
ル単量体の種類、構成比、乳化剤の種類により第2図、
第3図8J1m111に示す形態を示すこともめる。
軽量石膏成形体の表面強度を向上させるためには予じめ
型4内の底部にパルプ紙や不織布、ガラス不織布等を敷
設しておくことが好ましい。
本発明では、密度が非常に小さくなる為、これらパルプ
等との接触密度が減少する為該混合物と接触する面の繊
維等が起毛状にあるとさらに接着強度の向上が計れる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。なお
、例中の部および%は、特に例記しない限りは重量基準
である。
水性樹脂エマルジョンの製造例 例1 温度調節器、いかり形攪拌器、還流冷却器、供給容器、
温度計及び窒素導入管を備えた反応容器内に、下記の原
料を装入した。
水                    200部
エチレンオキシド20モルと反応 させたp−ノニルフェノールの硫 酸中エステルのナトリウム塩(ア ニオン性乳化剤A)の35%水溶 液                     3・9
部次いで、反応容器内を窒素ガスで置換したのち、次に
示す供給物Iの10%を加え、混合物を90℃に加熱し
た。
供給物■ 水                    200部
前記アニオン性乳化剤の  %水溶液   19部スチ
レン            19党部アクリル酸n−
ブチル      194部アクリルアミド     
     14部。
更に、85部の水に2.5部の過硫酸カリウムを溶解し
たもの(供給物■)の10%を容器内に装入後、残りの
供給物■全ておよび供給物■の40%を3.5時間かけ
て容器内に供給し、供給終了後、2時間、同温度に保っ
て供給物■を重合させて−COOH含量が 0重量%の
アニオン性樹脂水性エマルジョン(Tg+7℃)ヲ得り
例2〜23 ビニル単量体の種類、乳化剤の種類、量を表1のように
変化させて、同表に示す物性の共重合体粒子の水性エマ
ルジョンを得た。
なお、ノニオン性乳化剤は、反応容器内に最初に投入し
た。
(以下余白) 実施例1〜7 睦化学工業■のC級β半水石膏100部を、前記例1〜
7で得た共重合体水性エマルジョン8部および水250
部と20℃で混合し、これを攪拌機で均一に2分間混合
し、混合液とした。
この混合液を型内に注入し、静置した。
約60分、25℃で型を放置し、石膏の水和反応を行っ
た約30分後発熱が確認された。60分後の上澄層の水
層の容積率は表2に示す通りでめった。
ついで、1時間放置後、固化した水を保持した石膏成形
体を型よし取り出し、大気中(45℃)で10時間かけ
て成形体の乾燥を行ない表2に示す密度の軽量石膏成形
体を得た。
(以下余白) 表2 参考例1 共重合体の水性エマルジョンの代9に、表iに示す割合
のノニオン性界面活性剤Atたはアニオン性界面活性剤
人を石膏100部および水250部に加え、以下実施例
1と同様にして表3に示す密度の軽量石膏成形体を得た
表3 軽量石膏成形体の密度C9/a/l’)*圧縮強度 6
50#’30m 実施例8 実施例2において、石膏を混合する時の共重合体水性エ
マルジョンと水の混合物の温度を3℃と変更する他は同
様にして密度が0.46 f/cr/lの軽量石膏成形
体を得た。この場合、混合液の粘度は実施例2の場合よ
り低かった。
比較例1 実施例8において、液温3℃を60℃に変更したところ
、−瞬のうちにエマルジョンは凝集し、石膏とともに凝
結、水層と分離してしまった。又製造例−t(Tg7°
C)のエマルジョンを用いた場合も同じ結果でめった。
実施例9 実施例1において、石膏100部、水250部に対する
共重合体水性エマルジョンの添加量を表4のように変化
させる他は同様にして軽量石膏成形体を得た。
(以下余白) 表4 実施例10 実施例9において、例1で得た共重合体水性エマルジョ
ンの代9に例3で得た共重合体の水性エマルジョンを用
いる他は同様にして表5に示す軽量石膏成形体を得た。
この場合、水性エマルジョンの添加量が30部のときは
、上層の水層に、一部共重合体粒子が分離混入し、上層
は白濁していた。しかしながら2時間後には白濁は消失
した。
表5 実施例11 実施例1および実施例2において、石膏100部、共重
合体水性エマルジョン6部に対する水の使用量を表6の
ように変化させる他は同様にして軽量石膏成形体を得た
表6 実施例12〜21、比較例2〜6 β半水石膏100重量部、例8〜例15で得た共重合体
水性エマルジョン10部および水185部の混合液を用
いる他は実施例1と同様にして表7に示す軽量石膏成形
体を得た。
(以下余白) 表7 AAニアクリル酸、MAAアクリ4、ITイタコΔ唆*
 上水層にエマルジョンが混入 **混合時に、若干のエマルジョン凝集が見受けられな
い***エマルジョンが上水層に混入L/、2時間後で
も凝集しない。
=S−S − 実施例22〜25、比較例8 表8に示す組成の混合液を用い、実施例1と同様にして
同表に示す物性の軽量石膏成形体を得た。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施するフローシートでるり、第2
図および第3図は水、石膏、エマルジョン混合液の水和
反応終了後の層構成を示す型内断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)、(A)成分: 水和硬化型石膏 100重量部 (2)成分: カルシウムイオンによりキレート化合物 を作るアニオン性界面活性剤を用いて、ビ ニル単量体混合物を乳化重合して得られる 共重合体水性エマルジョンであつて、該共 重合体中のカルボキシル基濃度が0〜0.3重量%であ
    るアニオン性共重合体水性エマ ルジョン 共重合体の固型分量で1〜30重量部 ただし、共重合体100重量部に対する アニオン性界面活性剤の使用量は、固型 分量で0.6〜2.5重量部である。 (C)成分:水 0〜適量 ただし、(B)成分のエマルジョン中の水と(C)成分
    の水の和は150〜750重量部である。 上記(A)、(B)および(C)成分を混合、攪拌して
    均一な混合液とした後、型内で静置し、(A)、(B)
    および(C)成分の混合液の液温を(B)成分の水性エ
    マルジョン中の共重合体のガラス転移点(Tg)よりも
    高く、(該Tg+45)℃以下の温度に保つて水和硬化
    反応を行つて、水を保持した石膏成型体を得、ついで該
    石膏成型体を乾燥して、水分を飛散させることを特徴と
    する軽量石膏成型体の製造方法。 2)、軽量石膏成型体の密度が0.2〜0.65g/c
    m^3であることを特徴とする特許請求の範囲第一項記
    載の製造方法。 3)、(A)、(B)及び(C)成分混合後、水和硬化
    型石膏が硬化するまでの時間が15〜60分であること
    を特徴とする特許請求の範囲第一項記載の製造方法。 4)、アニオン性共重合体水性エマルジョンが、共重合
    体固型分に対してノニオン系界面活性剤を、アニオン性
    界面活性剤の他に0〜2重量%含むことを特徴とする特
    許請求の範囲第一項記載の製造方法。
JP14247387A 1987-06-08 1987-06-08 軽量石膏成形体の製造方法 Pending JPS63307175A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6171388B1 (en) 1998-03-17 2001-01-09 Rhodia Inc. Lightweight gypsum composition
WO2018143414A1 (ja) * 2017-02-03 2018-08-09 積水化学工業株式会社 石膏組成物用の混和剤組成物及びキット

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