TW201446487A - 複合輕量石膏壁板 - Google Patents

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Abstract

本發明大體而言提供一種輕量複合石膏板，其包括一發泡低密度凝固石膏核心、一頂部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層及一底部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層、一由該頂部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層黏結至該發泡低密度凝固石膏核心之頂部覆蓋片、及一由該底部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層黏結至該發泡低密度凝固石膏核心之底部覆蓋片。該發泡低密度凝固石膏核心及該未發泡(或減少發泡)黏結高密度層係由包括灰泥、以用灰泥重量計約0.5-10重量%之量存在之預膠凝化澱粉、較佳以用灰泥重量計約0.1-3.0重量%之量存在之萘磺酸鹽分散劑、及較佳以用灰泥重量計約0.12-0.4重量%之量存在之三偏磷酸鈉的石膏漿料製造。其他漿料添加劑可包括加速劑、黏合劑、紙纖維、玻璃纖維及其他已知成份。在含石膏漿料中使用肥皂泡沫來製備具有小於約30 pcf之密度之發泡低密度凝固石膏核心。組份之組合提供具有輕量及高強度之複合石膏板。本發明亦提供一種製造複合石膏板之方法。

Description

複合輕量石膏壁板
本發明係關於具有高強度之獨特輕量複合石膏板。本發明亦係關於一種製造該等輕量複合石膏板之方法，該方法使用獨特含石膏漿料形成發泡低密度凝固石膏核心及將頂部及底部覆蓋片黏結至該核心之未發泡(或減少發泡)黏結高密度層。
石膏(二水合硫酸鈣)之某些性質使其非常普遍地用於製造工業及建築產品，諸如石膏壁板。石膏為一種數量豐富且通常廉價之原材料，經由脫水及再水合過程，可將石膏澆鑄、模製或以其他方式形成適用形狀。製造石膏壁板及其他石膏產品之基本材料為半水化合物形式之硫酸鈣(CaSO4．1/2H2O)，通常稱之為"灰泥"，其係藉由熱轉化二水化合物形式之硫酸鈣(CaSO4．2H2O)，自CaSO4．2H2O移除1-1/2個水分子而產生。
諸如石膏壁板之習知含石膏產品具有許多優點，例如成本低及使用容易。在製造含石膏產品過程中，使用澱粉作為用以製造該等產品之漿料中之成份已達成多種改良。舉例而言，預膠凝化澱粉可增加含石膏產物(包括石膏壁板)之撓曲強度及抗壓強度。已知石膏壁板含有小於約10lbs/MSF含量之板澱粉。
在含預膠凝化澱粉之石膏漿料中亦必需使用大量水以確保 漿料具有適當流動性。不幸地，最終大部分水必須藉由乾燥來除去，由於乾燥過程中所使用之燃料成本高，故此步驟昂貴。乾燥步驟亦耗時。已發現使用萘磺酸鹽分散劑可增加漿料之流動性，因此解決需水問題。此外，亦已發現若使用含量足夠高，則萘磺酸鹽分散劑可與預膠凝化澱粉交聯以在乾燥後將石膏晶體黏合在一起，因此增加石膏複合物之乾強度。過去，尚未認識到三偏磷酸鹽影響石膏漿料對水之需求。然而，本發明者已發現在特定分散劑存在下增加三偏磷酸鹽含量至迄今仍未知之程度，使得即便在高澱粉含量存在下達成適當漿料流動性且意外減少用水量成為可能。當然，此非常合乎需要，因為其繼而減少用於乾燥之燃料用量以及與隨後水移除製程步驟相關之處理時間。因此本發明者亦已發現石膏板之乾強度可藉由在用以製造壁板之漿料中組合使用萘磺酸鹽分散劑與預膠凝化澱粉而得以增加。
習知石膏壁板具有足夠工作強度，且符合標準測試要求，諸如拔釘(77lb)及核心硬度(11lb)。然而，習知壁板沉重，通常稱重達1600-1700lb/MSF。若可找到一種產生板重量(及密度)顯著減小之高強度石膏壁板而不會不利地影響拔釘及硬度特徵之方法，則此將對此項技術作出有用貢獻。
亦已知在製造石膏壁板過程中黏結層可用以促進紙覆蓋片黏著或黏結至凝固石膏核心。通常，此等黏結層相對較厚，在約7密耳(mil)至約25密耳之範圍內，甚至厚達50密耳。預期較薄黏結層較難施加且呈現其他缺點。不幸地，使用此等厚黏結層可降低成品壁板之核心硬度。此等經乾燥之黏結層之成品密度在大於約70pcf至約90pcf之範圍內。術語"pcf"定義為磅/立方呎(lb/ft3)。若可找到一種使用較薄、較輕黏結層製造低密度 凝固石膏板而不會損失核心硬度或其他重要板性質之方法，則此將對此項技術作出有用貢獻。
本發明大體而言包含一種輕量石膏複合板，該輕量石膏複合板包括一具有一頂面及一底面之發泡低密度凝固石膏核心，該發泡低密度凝固石膏核心係使用包含灰泥及以用灰泥重量計約0.5-10重量%之量之預膠凝化澱粉、約0.1-3.0重量%之量之萘磺酸鹽分散劑及約0.12-0.4重量%之量之三偏磷酸鈉的含石膏漿料製造，該輕量石膏複合板亦包括一覆蓋發泡低密度凝固石膏核心之頂面之頂部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層、一覆蓋發泡低密度凝固石膏核心之底面之底部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層、一頂部覆蓋片及一底部覆蓋片，其中該頂部覆蓋片係由頂部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層黏結至發泡低密度凝固石膏核心，且該底部覆蓋片係由底部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層黏結至發泡低密度凝固石膏核心。
輕量石膏複合板之頂部及底部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層佔含石膏漿料總量之約10重量%至約16重量%。在一較佳實施例中，覆蓋發泡低密度凝固石膏核心之頂面之頂部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層佔含石膏漿料總量之約6重量%-9重量%，且覆蓋發泡低密度凝固石膏核心之底面之底部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層佔含石膏漿料總量之約4重量%-6重量%。
現已意外地發現使用較薄、較輕頂部及底部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層製備發泡低密度凝固石膏核心以獲得重頂部(正面)覆蓋片及底部(背面)覆蓋片之良好黏結可提供具有耐拔釘性、核心硬度及板強度之複合石膏板。
本發明之複合石膏板包括一具有一頂面及一底面之發泡低密度凝固石膏核心；一覆蓋發泡低密度凝固石膏核心之頂面之頂部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層；一具有一面向發泡低密度凝固石膏核心之表面之頂部(或正面)覆蓋片，該頂部覆蓋片由頂部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層黏結至發泡低密度凝固石膏核心；一覆蓋發泡低密度凝固石膏核心之底面之底部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層；及一具有一面向發泡低密度凝固石膏核心之表面之底部(或背面)覆蓋片，該底部覆蓋片由底部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層黏結至發泡低密度凝固石膏核心。較佳地，頂部覆蓋片將為具有約60lb/MSF之重量(厚度約18密耳)之紙。此外，頂部(正面)覆蓋片及底部(背面)覆蓋片大體上相對於發泡低密度凝固石膏核心平行。發泡低密度凝固石膏核心係由含有灰泥之發泡石膏漿料製造，且包括預膠凝化澱粉，及較佳萘磺酸鹽分散劑，及亦較佳三偏磷酸鈉。頂部及底部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層可佔石膏漿料總量之約10重量%至約16重量%。
根據本發明之一實施例，提供自含有灰泥、預膠凝化澱粉、萘磺酸鹽分散劑及三偏磷酸鈉之含石膏漿料之成品複合石膏板。萘磺酸鹽分散劑係以用乾灰泥重量計約0.1重量%-3.0重量%之量存在。預膠凝化澱粉係以用調配物中乾灰泥重量計至少約0.5重量%至高達約10重量%之量存 在。三偏磷酸鈉係以用調配物中乾灰泥重量計約0.12重量%-0.4重量%之量存在。可用於漿料中之其他成份包括黏合劑、紙纖維、玻璃纖維及加速劑。將引入空氣孔隙之肥皂泡沫添加至新調配之含石膏漿料中以助於減小最終含石膏產品(例如石膏壁板或複合石膏板)中發泡低密度凝固石膏核心之密度。
約0.5重量%至約10重量%之預膠凝化澱粉、約0.1重量%至約3.0重量%之萘磺酸鹽分散劑及最小量為至少約0.12重量%至約0.4重量%之三偏磷酸鹽(均以用於石膏漿料中之乾灰泥重量計)的組合意外且顯著地增強石膏漿料之流動性。其實質上減少產生用於製造諸如石膏壁板之含石膏產品之具有足夠流動性的石膏漿料所需要之水量。咸信至少為標準調配物之三偏磷酸鹽(諸如三偏磷酸鈉)含量兩倍的三偏磷酸鹽含量會增強萘磺酸鹽分散劑之分散活性。
空氣孔隙會降低發泡低密度凝固石膏核心與覆蓋片之間的黏結強度。因為以體積計一半以上之複合石膏板可由歸因於泡沫之空氣孔隙組成，所以泡沫可干擾發泡低密度凝固石膏核心與紙覆蓋片之間的黏結。此可藉由在將覆蓋片施加於核心之前在頂部覆蓋片及底部覆蓋片之接觸石膏核心之表面上提供未發泡(或減少發泡)黏結高密度層來解決。除了不添加肥皂或者添加實質上減少數量之肥皂(泡沫)外，此未發泡或減少發泡黏結高密度層調配物通常與石膏漿料核心調配物相同。視情況而言，為形成此黏結層，可以機械方式將泡沫自核心調配物移除，或可在發泡低密度凝固石膏核心/正面紙界面處施加不含泡沫之不同調配物。
需要肥皂泡沫引入且控制空氣(氣泡)孔隙大小及在發泡凝 固石膏核心中之分布，且控制發泡凝固石膏核心之密度。凝固石膏核心中肥皂之較佳範圍為約0.2lb/MSF至約0.7lb/MSF；肥皂之更佳含量為約0.3lb/MSF至約0.5lb/MSF。雖然在未發泡黏結高密度層中較佳不使用肥皂，但若在減少發泡黏結高密度層中使用肥皂，則其量應為用於製造發泡低密度凝固石膏核心之肥皂量之約5重量%或更少。
用於黏結層中之含石膏漿料之未發泡或減少發泡部分，亦即，高密度部分應為用於製造最終板之(濕)漿料之約10-16重量%。在一較佳實施例中，6-9重量%之漿料可用作頂部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層，且4-7重量%之漿料可用作底部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層。頂部及底部未發泡(或減少發泡)黏結高密度層之存在改良頂部及底部覆蓋片與發泡低密度凝固石膏核心之間的黏結。未發泡黏結高密度層之濕密度可為約80-85pcf。未發泡(或減少發泡)黏結高密度層之乾(成品)密度可為約45-70pcf。此外，本發明之未發泡(或減少發泡)黏結高密度層之厚度應在約2密耳至7密耳以下之範圍內。
如習知石膏壁板中，較佳覆蓋片可用紙製成，不過可使用此項技術中已知之其他適用覆蓋片材料(例如，玻璃纖維墊)。然而，在本發明之實施例中，特定重紙覆蓋片較佳用作頂部(正面)覆蓋片。適用之覆蓋片紙包括Manila 7-ply及News-Line 5-ply(得自United States Gypsum Corporation,Chicago,Illinois)及Grey-Back 3-ply及Manila Ivory 3-ply(得自Caraustar,Newport,Indiana)。較佳底部覆蓋片紙為5-ply News-Line(例如42-46lb/MSF)。較佳頂部覆蓋片紙為Manila 7-ply。尤其較佳之頂部覆蓋片紙為重Manila紙(60lb/MSF，厚度為18密耳，得自Caraustar,Newport,Indiana)。其 他重、厚之紙亦為較佳，厚度在約15-20密耳之範圍內。
纖維墊亦可用作覆蓋片中之一或兩者。纖維墊較佳應為非編織玻璃纖維墊，其中玻璃纖維之長絲由黏著劑黏結在一起。最佳地，非編織玻璃纖維墊具有重樹脂塗層。舉例而言，可使用具有約1.5lb/100 ft2之重量之Duraglass非編織玻璃纖維墊(得自Johns-Manville)，其中約40-50%之墊重量來自樹脂塗層。
本文中應注意在製造習知石膏壁板的過程中，鋪設頂部或正面紙且其首先沿生產線移動，且因此構成此項技術中稱為該過程之"底部"者，儘管其接觸且形成壁板產品之頂部或正面。反之，底部或背面紙係在製造過程中最後施加，稱為該過程之"頂部"。此等相同慣例將適用於本發明之複合石膏板之形成及製備。參考以下實例7B。
較佳地，萘磺酸鹽分散劑用於根據本發明製備之含石膏漿料中。本發明中使用之萘磺酸鹽分散劑包括聚萘磺酸及其鹽(聚萘磺酸鹽)及衍生物，該等衍生物為萘磺酸與甲醛之縮合產物。尤其需要之聚萘磺酸鹽包括萘磺酸鈉及萘磺酸鈣。萘磺酸鹽之平均分子量可在約3,000至27,000之範圍內，不過分子量較佳為約8,000至22,000，且分子量更佳為約12,000至17,000。作為商業產品，與較低分子量分散劑相比，較高分子量分散劑具有較高黏度及較低固體含量。適用之萘磺酸鹽包括DILOFLO(得自GEO Specialty Chemicals,Cleveland,Ohio)、DAXAD(得自Hampshire Chemical Corp.,Lexington,Massachusetts)及LOMAR D(得自GEO Specialty Chemicals,Lafayette,Indiana)。萘磺酸鹽較佳以(例如)固體含量在35-55重量%範圍內的水溶液形式使用。萘磺酸鹽以(例如)固體含量在約40-45重量%範圍內的水溶 液形式使用為最佳。或者，適當時，萘磺酸鹽可以乾燥固體或粉末形式使用，諸如LOMAR D。
適用於本發明中之聚萘磺酸鹽具有通用結構(I)： 其中n>2，且其中M為鈉、鉀、鈣及其類似物。
較佳呈約45重量%之水溶液形式的萘磺酸鹽分散劑可在以用於石膏複合物調配物中之乾灰泥重量計約0.5重量%至約3.0重量%的範圍內使用。萘磺酸鹽分散劑之更佳範圍為以乾灰泥重量計約0.5重量%至約2.0重量%，且最佳範圍為以乾灰泥重量計約0.7重量%至約2.0重量%。相比而言，已知石膏壁板含有以乾灰泥重量計約0.4重量%或更少含量之此分散劑。
換言之，以乾重計，萘磺酸鹽分散劑可在以用於石膏複合物調配物中之乾灰泥重量計約0.1重量%至約1.5重量%的範圍內使用。萘磺酸鹽分散劑之更佳範圍(以乾固體計)為以乾灰泥重量計約0.25重量%至約0.7重量%，且最佳範圍(以乾固體計)為以乾灰泥重量計約0.3重量%至約0.7重量%。
含石膏漿料視情況可含有三偏磷酸鹽，例如三偏磷酸鈉。根據本發明可使用任何適合之水可溶偏磷酸鹽或聚磷酸鹽。較佳使用三偏磷酸鹽，其包括複鹽，即具有兩個陽離子之三偏磷酸鹽。尤其適用之三偏磷 酸鹽包括三偏磷酸鈉、三偏磷酸鉀、三偏磷酸鈣、三偏磷酸鈉鈣、三偏磷酸鋰、三偏磷酸銨及其類似物或其組合。較佳三偏磷酸鹽為三偏磷酸鈉。三偏磷酸鹽較佳以(例如)固體含量在約10-15重量%的範圍內之水溶液形式使用。如頒予Yu等人之美國專利第6,409,825號(以引用的方式併入本文中)中所述，亦可使用其他環狀或非環狀聚磷酸鹽。
三偏磷酸鈉為含石膏組合物中之已知添加劑，不過其一般係在以用於石膏漿料中之乾灰泥重量計約0.05重量%至約0.08重量%的範圍內使用。在本發明之實施例中，三偏磷酸鈉(或其他水可溶偏磷酸鹽或聚磷酸鹽)可在以用於石膏複合物調配物中之乾灰泥重量計約0.12重量%至約0.4重量%的範圍內存在。三偏磷酸鈉(或其他水可溶偏磷酸鹽或聚磷酸鹽)之較佳範圍為以用於石膏複合物調配物中之乾灰泥重量計約0.12重量%至約0.3重量%。
灰泥存在兩種形式：α及β。此兩類灰泥係藉由不同煅燒方式產生。在本發明中，可使用β或α形式之灰泥。
根據本發明製備之含石膏漿料中必須使用澱粉，尤其包括預膠凝化澱粉。較佳預膠凝化澱粉為預膠凝化玉米澱粉，例如可自Bunge Milling,St.Louis,Missouri得到之預膠凝化玉米粉，該預膠凝化玉米粉具有以下典型分析：水分7.5%，蛋白質8.0%，油0.5%，粗纖維0.5%，灰分0.3%；具有0.48psi之生強度且具有35.0lb/ft3之疏鬆容積密度。預膠凝化玉米澱粉應以用於含石膏漿料中之乾灰泥重量計至少約0.5重量%至約10重量%的量使用。
本發明者已進一步發現，藉由在約0.1重量%至3.0重量%之 萘磺酸鹽分散劑存在下，使用至少約0.5重量%至約10重量%之預膠凝化澱粉(較佳為預膠凝化玉米澱粉)可獲得乾強度之意外增加(尤其在壁板中)(澱粉及萘磺酸鹽含量係以存在於調配物中之乾灰泥的重量計)。無論水可溶偏磷酸鹽或聚磷酸鹽存在與否，均可獲得此意外結果。
此外，已意外發現，在根據本發明製造之經乾燥石膏壁板中可使用含量為至少約10lb/MSF或更高之預膠凝化澱粉，仍可達成高強度及輕量。已展示石膏壁板中高達35-45lb/MSF之含量的預膠凝化澱粉為有效的。舉例而言，下表1及2中所示之調配物B包括45lb/MSF之預膠凝化澱粉，其仍產生具有極好強度之板重量為1042lb/MSF之板。在該實例(調配物B)中，呈45重量%之水溶液形式的萘磺酸鹽分散劑係以1.28重量%之含量使用。
當將萘磺酸鹽分散劑、三偏磷酸鹽之組合與預膠凝化玉米澱粉組合且視情況與紙纖維或玻璃纖維組合時，本發明可達成另一意外結果。由含有此三種成份之調配物製得之石膏壁板所具有之強度增加且重量減輕，且由於在其製造中對水之需求減少使得在經濟上更合乎需要。
如頒予Yu等人之美國專利第6,409,825號(以引用的方式併入本文中)中所述，在本發明之含石膏組合物中可使用加速劑。一種合乎需要之耐熱加速劑(HRA)可由乾式研磨石膏粉(二水合硫酸鈣)製得。可使用少量(通常約5重量%)諸如糖、右旋糖、硼酸及澱粉之添加劑來製造該HRA。目前較佳為糖或右旋糖。如美國專利第3,573,947號(以引用的方式併入本文中)中所述，另一適用加速劑為"天候穩定加速劑(climate stabilized accelerator 或climate stable accelerator)"(CSA)。
水/灰泥(w/s)比率為一重要參數，因為過量水分最後必須藉由加熱來除去。在本發明之實施例中，一般較佳之w/s比率為約0.7至約1.3。主要石膏漿料調配物中之更佳w/s比率應在0.8-1.2之範圍內。
其他石膏漿料添加劑可包括加速劑、黏合劑、防水劑、紙纖維或玻璃纖維及其他已知成份。
下列實例進一步說明本發明。不應將其解釋為以任何方式限制本發明之範疇。
實例1
樣品石膏漿料調配物
石膏漿料調配物展示於下表1中。表1中所有值均用以乾灰泥重量計之重量%表示。圓括號中之值為以磅表示之乾重(lb/MSF)。
實例2
壁板之製備
根據頒與Yu等人之美國專利第6,342,284號及頒與Yu等人之美國專利第6,632,550號(以引用的方式併入本文中)製備樣品石膏壁板。如該等專利之實例5中所述，此包括單獨產生泡沫及將泡沫引入具有所有其他成份之漿料中。
使用實例1之調配物A及B製造之石膏壁板及正常對照板之測試結果展示於下表2中。如此實例及以下其他實例中，耐拔釘性、核心硬度及撓曲強度測試均係根據ASTM C-473執行。此外，應注意典型石膏壁板之厚度為約半吋且重量在約1600至1800磅/1,000平方呎材料(或lb/MSF)之間。("MSF"為此項技術中1000平方呎之標準縮寫；其為針對箱、波紋介質及壁板之面積量測。)
MD：縱向
XMD：橫向
如表2中所示，與對照板相比，使用調配物A及B漿料製備之石膏壁板的重量顯著減輕。再次參看表1，調配物A板與調配物B板之比較非常顯著。調配物A及調配物B中之水/灰泥(w/s)比率相似。調配物B中亦使用顯著較高含量之萘磺酸鹽分散劑。調配物B中亦使用實質上更多之預膠凝化澱粉，約6重量%，比調配物A之預膠凝化澱粉增加100%以上，伴隨顯著之強度增加。即使如此，調配物B漿料中為產生所需流動性之需水量保持較低，與調配物A相差約10%。兩種調配物中之較低需水量係歸於石膏漿料中萘磺酸鹽分散劑與三偏磷酸鈉之組合的協同效應，其即便在實質上較高含量之預膠凝化澱粉存在下亦增加石膏漿料之流動性。
如表2中所示，與使用調配物A漿料製備之壁板相比，使用調配物B漿料製備之壁板所具有之強度實質上增加。藉由併入增加量之預膠凝化澱粉以及增加量之萘磺酸鹽分散劑及三偏磷酸鈉，調配物B板之耐拔釘性比調配物A板之耐拔釘性改良45%。與調配物A板相比，在調配物B板中亦觀察到撓曲強度之實質增加。
實例3
半吋石膏壁板重量減輕試驗
下表3中展示其他石膏壁板實例(板C、D及E)，包括漿料調配物及測試結果。表3之漿料調配物包括漿料之主要組份。圓括號中之值用以乾灰泥重量計之重量%表示。
表3
如表3中所示，與對照板相比，板C、D及E係由具有實質上增加量之澱粉、DILOFLO分散劑及三偏磷酸鈉之漿料製造(以百分比計，澱粉及分散劑約增加兩倍，且三偏磷酸鹽增加兩至三倍)，同時保持w/s比率恆定。然而，板重量顯著減輕而藉由耐拔釘性量測之強度未受顯著影響。因此，在本發明之一實施例之該實例中，新調配物(諸如板D)可提供調配於適用、易流動漿料中之增加之澱粉，同時保持相同w/s比率及足夠強度。
實例4
濕石膏立方體強度測試
藉由使用Southard CKS板灰泥(得自United States Gypsum Corp.,Chicago,Illinois)及實驗室自來水進行濕立方體強度測試以測定其濕抗壓強度。使用下列實驗室測試程序。
針對每一濕石膏立方體鑄件，使用灰泥(1000g)、CSA(2g) 及約70℉之自來水(1200cc)。首先將預膠凝化玉米澱粉(20g，以灰泥重量計為2.0%)及CSA(2g，以灰泥重量計為0.2%)與灰泥在塑料袋中徹底乾式混合，接著使其與含有萘磺酸鹽分散劑及三偏磷酸鈉之自來水溶液混合。所用分散劑為DILOFLO分散劑(1.0-2.0%，如表4中所示)。如表4所示，亦使用不同量之三偏磷酸鈉。
最初將該等乾燥成份及水溶液在實驗室Warning摻合器中組合，使所產生之混合物浸泡10秒，且接著在低速下混合此混合物10秒以製造漿料。將因此形成之漿料澆鑄至三個2"×2"×2"立方體模中。接著將澆鑄立方體自模中移除，稱重且密封於塑料袋內以防止在執行抗壓強度測試前水分流失。濕立方體之抗壓強度係使用ATS機器來量測且記錄為以磅/平方吋(psi)表示之平均值。所得結果如下：
如表4所示，本發明之具有約0.12-0.4%範圍內之三偏磷酸鈉含量的樣品4-5、10-11及17與具有此範圍外之三偏磷酸鈉的樣品相比，一般提供較高濕立方體抗壓強度。
實例5
半吋輕量石膏壁板工廠生產試驗
執行其他試驗(試驗板1及2)，包括漿料調配物及測試結果均展示於下表5中。表5之漿料調配物包括漿料之主要組份。圓括號中之值用以乾灰泥重量計之重量%表示。
如表5所示，與對照板相比，試驗板1及2係由具有實質上增加量之澱粉、DILOFLO分散劑及三偏磷酸鈉之漿料製造，同時略微降低w/s比率。然而，藉由耐拔釘性及撓曲測試量測之強度得以保持或改良，且板重量顯著減輕。因此，在本發明之一實施例的該實例中，新調配物(諸如試驗板1及2)可提供調配於適用、易流動漿料中之增加之三偏磷酸鹽及澱粉，同時保持大體上相同之w/s比率及足夠強度。
實例6
半吋超輕量石膏壁板工廠生產試驗
除用水製備10%濃度之預膠凝化玉米澱粉(濕式澱粉製備)且使用HYONIC 25 AS與PFM 33肥皂之摻合物(得自GEO Specialty Chemicals, Lafayette,Indiana)外，如實例2使用調配物B(實例1)執行其他試驗(試驗板3及4)。舉例而言，用在65-70重量%範圍內之25 AS且其餘為PFM 33的HYONIC 25 AS與PFM 33之摻合物製備試驗板3。舉例而言，用HYONIC 25 AS/HYONIC PFM 33之70/30重量/重量摻合物製備試驗板4。試驗結果展示於下表6中。
如表6所示，藉由拔釘及核心硬度量測之強度特徵高於ASTM標準。亦量測出撓曲強度高於ASTM標準。此外，在本發明之一實施例的該實例中，新調配物(諸如試驗板3及4)可提供調配於適用、易流動漿料 中之增加之三偏磷酸鹽及澱粉，同時保持足夠強度。
實例7
半吋超輕量複合石膏板
A.漿料調配物
用於產生石膏複合板之代表性石膏漿料調配物展示於下表7中。表7中所有值均用以乾灰泥重量計之重量%表示。圓括號中之值為以磅表示之乾重(lb/MSF)。
處理。
1 1.40重量%，呈45%水溶液形式
2預凝膠化澱粉可以乾粉形式或以於水中之10%預分散澱粉形式(濕式澱粉製備)添加。
B.具有干預膠凝化澱粉之複合板之製備
使用以上調配物C，如實例2製備複合板，以下例外。乾粉預膠凝化玉米澱粉用以製備漿料。重Manila紙(60lb/MSF，用測徑規量測之厚度為0.018吋)用作頂部(正面)覆蓋片，在該紙上施加6-8重量%之未發泡高密度石膏漿料，在整個紙表面上該漿料之濕密度為80pcf。施加主要發泡漿料之後，施加底部(背面)覆蓋片(News-Line紙-42lb/MSF，用測徑規量測之厚度為0.0125吋)，在該紙面向石膏核心之表面上包括4-6重量%之未發泡高密度石膏漿料，在整個紙表面上該漿料之濕密度為80-85pcf。
C.具有濕預膠凝化澱粉之複合板之製備
除預膠凝化玉米澱粉用水製備為10%濃度之溶液(濕式澱粉製備)外，如上所述來製備複合板。
實例8
半吋超輕量複合石膏板之測試
實例7B及7C中製備之複合石膏板之測試結果展示於下表8中。如此實例及其他實例中，耐拔釘性、核心硬度及撓曲強度測試均係根據ASTM C-473執行。2 ft.×4 ft.試驗板樣品係在調節至70℉/50% R.H條件後測試。
表8
如表8中所示，實例7C.複合板之耐拔釘性超過ASTM標準，且該複合板基本上符合核心硬度標準(參見表6)。此表明使用均使用未發泡高密度黏結層黏著於低密度核心之堅固、重正面紙及常規背面紙可提供輕量且強度增加之板。
除非本文另有指示或與上下文明顯矛盾，否則在描述本發明之上下文中(尤其在以下申請專利範圍之上下文中)使用術語"一"及"該"及類似指示詞均應解釋為涵蓋單數及複數。除非本文另有指示，否則本文中對值範圍的敍述僅意欲用作一種個別提及各個屬於該範圍內之單獨值的速記方法，且各個單獨值已如同在本文中加以個別敍述一般併入本說明書中。除非本文中另有指示或與上下文明顯矛盾，否則本文所述之所有方法均可以任何適當之次序執行。除非另外主張，否則本文所提供之任何及所有實例或例示性語言(例如，"諸如")之使用僅意欲更好地說明本發明而非限制本發明之範疇。本說明書中之語言不應解釋為指示任何未主張之對實施本發明而言必需之要素。
在本文中描述本發明之較佳實施例，包括已為發 明者所知之實施本發明之最佳模式。應瞭解所說明之實施例僅為例示性且不應用來限制本發明之範疇。

Claims (21)

  1. 一種複合石膏板，其包含：一具有一乾燥密度之凝固石膏核心，其係設置於兩個覆蓋片之間；該凝固石膏核心鄰近於一具有一乾燥密度之第一黏結層，該凝固石膏核心乾燥密度係小於該第一黏結層乾燥密度且差至少為約10pcf(約160kg/m3)；該第一黏結層具有約2密耳(約0.05mm)至約7密耳(約0.2mm)以下之厚度；該板具有約35pcf(約560kg/m3)或以下之乾燥密度；及該凝固石膏核心具有根據ASTM C473測定之至少約11磅(約5公斤)之平均核心硬度。
  2. 一種複合石膏板，其包含：一具有一乾燥密度之凝固石膏核心，其係設置於兩個覆蓋片之間；該凝固石膏核心鄰近於一具有一乾燥密度之第一黏結層，該凝固石膏核心乾燥密度係小於該第一黏結層乾燥密度且差至少為約10pcf(約160kg/m3)；該第一黏結層具有約2密耳(約0.05mm)至約7密耳(約0.2mm)以下之厚度；該板具有約35pcf(約560kg/m3)或以下之乾燥密度；及該凝固石膏核心具有小於約3.2之乾燥密度(pcf)與平均核心硬度(lb)之比例，其中該核心硬度係根據ASTM C473測定。
  3. 一種複合石膏板，其包含：一具有一乾燥密度之凝固石膏核心，其係設置於兩個覆蓋片之間；該凝固石膏核心鄰近於一具有一乾燥密度之第一黏結層，該凝固石 膏核心乾燥密度係小於該第一黏結層乾燥密度且差至少為約10pcf(約160kg/m3)；該第一黏結層具有約2密耳(約0.05mm)至約7密耳(約0.2mm)以下之厚度；該板具有約35pcf(約560kg/m3)或以下之乾燥密度；及當該板之厚度為約1/2 inch(約1.3cm)時，具有約4至約8之耐拔釘性與平均核心硬度之比例，該兩者皆根據ASTM C473測定。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之複合石膏板，其中：該凝固石膏核心具有根據ASTM C473測定之至少約11磅(約5公斤)之平均核心硬度；及該第一黏結層及凝固石膏核心係自一或多種漿料形成，該用於形成該第一黏結層之漿料之量包含用於形成該凝固石膏核心及該第一黏結層之漿料之總量之約4重量%至約9重量%。
  5. 如請求項4之複合石膏板，其中該用於形成該第一黏結層之漿料之量包含用於形成該凝固石膏核心及該第一黏結層之漿料之總量之約4重量%至約6重量%。
  6. 如請求項4之複合石膏板，其中該用於形成該第一黏結層之漿料之量包含用於形成該凝固石膏核心及該第一黏結層之漿料之總量之約6重量%至約9重量%。
  7. 如請求項1至3中任一項所述之複合石膏板，其中該凝固石膏核心係設置於該第一黏結層及一第二黏結層間，該凝固石膏核心乾燥密度係小於該第二黏結層乾燥密度，且差至少為約10pcf(約160kg/m3)，及該第二黏結層具有約2密耳(約0.05mm)至約7密耳(約0.2mm)以下之厚度。
  8. 如請求項7之複合石膏板，其中該第一及第二黏結層之至少一者具有自 約60pcf(約960kg/m3)至約70pcf(約1100kg/m3)之乾燥密度。
  9. 如請求項7之複合石膏板，其中該第一及第二黏結層之至少一者具有自約45pcf(約720kg/m3)至約60pcf(約960kg/m3)之乾燥密度。
  10. 如請求項7之複合石膏板，其中該第一及該第二黏結層係自一或多種漿料形成，該用於形成該第一及第二黏結層之漿料之量包含用於形成該凝固石膏核心及該第一及第二黏結層之漿料之總量之約10重量%至約16重量%。
  11. 如請求項1至3中任一項所述之複合石膏板，其中該板之乾燥密度係自約24pcf(約380kg/m3)至約31pcf(約500kg/m3)。
  12. 如請求項1至3中任一項所述之複合石膏板，其中該凝固石膏核心係自漿料形成，該漿料包含水；灰泥；及泡沫；及(i)以用灰泥重量計約0.5重量%至約10重量%之澱粉，該澱粉有效於增加該石膏板相對於不含澱粉之石膏板之核心硬度；(ii)三偏磷酸鹽化合物，選自由三偏磷酸鈉、三偏磷酸鉀、三偏磷酸鋰及三偏磷酸銨所組成之群組，該三偏磷酸鹽化合物係以用灰泥重量計約0.12重量%至約0.4重量%之量存在；(iii)以用灰泥重量計約0.1重量%至約3.0重量%之量之萘磺酸鹽分散劑；或(iv)任何(i)至(iii)之組合。
  13. 如請求項12之複合石膏板，其中該澱粉為預膠凝化澱粉。
  14. 如請求項1至3中任一項所述之複合石膏板，其中該板當厚度為1/2英吋(約1.3cm)時，具有(i)高至約1400lb/MSF(約6.8kg/SQM)之乾重；(ii)根據ASTM C473測定之至少65lb(29kg)之耐拔釘性；(iii)根據ASTM C473測定之在縱向至少36lb(16公斤)及/或在橫向107lb(48.5公斤)之平均可撓強度；或(iv)任何(i)至(iii)之組合。
  15. 一種製造複合石膏板之方法，該方法包含： (a)混合至少水及灰泥及視情況泡沫，以形成一第一漿料；(b)將(a)之該第一漿料之一部份沈積於一第一紙覆蓋片上以形成一具有約2密耳(約0.05mm)至約7密耳(約0.2mm)以下之厚度之第一黏結層；(c)將泡沫添加至(a)之該第一漿料之至少一部份並混合以形成一第二漿料，其中該第二漿料包含較該第一漿料更多之泡沫及具有較該第一漿料較低之濕密度；(d)將(c)之該第二漿料沈積於該第一黏結層上以形成一面板；(e)切割該面板至預定尺寸之板；及(f)乾燥該板；其中自(c)之該第二漿料形成一凝固石膏核心，該凝固石膏核心具有小於該第一黏結層乾燥密度且差至少為約10pcf(約160kg/m3)之乾燥密度；該板具有約35pcf(約560kg/m3)或以下之乾燥密度；及該凝固石膏核心具有根據ASTM C473測定之至少約11磅(約5公斤)之平均核心硬度。
  16. 一種製造複合石膏板之方法，該方法包含：(a)混合至少水及灰泥及視情況泡沫，以形成一第一漿料；(b)將(a)之該第一漿料之一部份沈積於一第一紙覆蓋片上以形成一具有約2密耳(約0.05mm)至約7密耳(約0.2mm)以下之厚度之第一黏結層；(c)將泡沫添加至(a)之該第一漿料之至少一部份並混合以形成一第二漿料，其中該第二漿料包含較該第一漿料更多之泡沫及具有較該第一漿料較低之濕密度； (d)將(c)之該第二漿料沈積於該第一黏結層上以形成一面板；(e)切割該面板至預定尺寸之板；及(f)乾燥該板；其中自(c)之該第二漿料形成一凝固石膏核心，該凝固石膏核心具有小於該第一黏結層乾燥密度且差至少為約10pcf(約160kg/m3)之乾燥密度；該板具有約35pcf(約560kg/m3)或以下之乾燥密度；及該板具有小於約3.2之乾燥密度(pcf)與平均核心硬度(lb)之比例，其中該核心硬度係根據ASTM C473測定。
  17. 一種製造複合石膏板之方法，該方法包含：(a)混合至少水及灰泥及視情況泡沫，以形成一第一漿料；(b)將(a)之該第一漿料之一部份沈積於一第一紙覆蓋片上以形成一具有約2密耳(約0.05mm)至約7密耳(約0.2mm)以下之厚度之第一黏結層；(c)將泡沫添加至(a)之該第一漿料之至少一部份並混合以形成一第二漿料，其中該第二漿料包含較該第一漿料更多之泡沫及具有較該第一漿料較低之濕密度；(d)將(c)之該第二漿料沈積於該第一黏結層上以形成一面板；(e)切割該面板至預定尺寸之板；及(f)乾燥該板；其中自(c)之該第二漿料形成一凝固石膏核心，該凝固石膏核心具有小於該第一黏結層乾燥密度且差至少為約10pcf(約160kg/m3)之乾燥密度；該板具有約35pcf(約560kg/m3)或以下之乾燥密度；及 當該板之厚度為約1/2 inch(約1.3cm)時，具有約4至約8之耐拔釘性與平均核心硬度之比例，該兩者皆根據ASTM C473測定。
  18. 如請求項15至17中任一項所述之方法，其中該凝固石膏核心具有根據ASTM C473測定之至少約11磅(約5公斤)之平均核心硬度；及該用於形成該面板之該第一黏結層之漿料之量包含用於形成(c)之該第二漿料及該面板之該第一黏結層漿料之總量之約4重量%至約9重量%。
  19. 如請求項15至17中任一項所述之方法，其進一步包含沈積(a)之該第一漿料之一部份於一第二覆蓋片上，以形成具有約2密耳(約0.05mm)至約7密耳(約0.2mm)以下之厚度之第二黏結層，及將該第二覆蓋片之經漿料覆蓋表面置於(c)之該經沈積之第二漿料上，該凝固石膏核心乾燥密度係小於該第二黏結層乾燥密度且差至少為約10pcf(約160kg/m3)。
  20. 如請求項19之方法，其中用於形成該面板之該第一及第二黏結層之漿料之量包含用於形成(c)之該第二漿料及該面板之該第一及第二黏結層之漿料之總量之約10重量%至約16重量%。
  21. 如請求項15至17中任一項所述之方法，其中該板之乾燥密度係自約24pcf(約380kg/m3)至約31pcf(約500kg/m3)。
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