TWI534118B - 抗形變石膏製品及其製造方法 - Google Patents

Description

抗形變石膏製品及其製造方法

本創作係關於一石膏製品，特別是關於一石膏組合物、石膏板及其製備方法，以及抗壞血酸作為抗形變添加劑在石膏板中的應用。

在現代建築領域，石膏(主要成分二水硫酸鈣)是建築行業所用的主要材料，包括用於形成建築中天花板和牆的石膏板、和在吊頂天花板/牆上的加工面使用的灰漿等等。

在製備石膏製品的過程中，將燒石膏(半水硫酸鈣和/或無水硫酸鈣)和水的混合物進行澆鑄，其中燒石膏(灰漿)經水化形成凝固石膏，其包括結晶水化石膏基質(二水硫酸鈣)，使石膏製品具有高的結構強度；因石膏製品具有重量輕和強度高的優勢從而廣泛用於建築產品。

然而，如果石膏製品長時間處於高濕度條件下，會容易有變形的現象產生，在工業上稱為下垂或潮濕變形，變形的石膏製品在安裝後將可能產生結構穩固性上之疑慮和影響視覺上之觀感，並且需要昂貴的修補工作來修復，因此如何克服凝固石膏的抗形變能力差的問題是建築行業研究的焦點。

例如公開號為CN101747014A的中國專利申請公開了一種通過向燒石膏中添加硼酸作為添加劑來提高石膏製品的抗下垂性的方法。英國專利GB1481788A公開了使用沒食子酸(Gallic acid)作為抗形變添加劑以提高石膏板的抗下垂性。英國專利GB1226333A公開了含有酒石酸的預澆鑄石膏灰漿片、板和塊，其具有比不含酒石酸的類似製品更大的耐塑性流動性。還已知可使用磷酸鹽，如美國專利US6342284中所公開的。

定義

在本說明書及其申請專利範圍所使用「石膏製品」通常係指製成板狀之「石膏板」但不排除其他可能形態之以石膏做為其組成成分的建築用製品。

在本說明書及其申請專利範圍所使用「抗形變能力」若非特別說明，一般係指抗下垂之能力，但並不排除抗其他可能形態之變形的可能。

另在本說明書及其申請專利範圍所使用的單數型態字眼如「一」和「該」，除非在上下文中清楚明白的指示為單數，不然這些單數型態的先行詞亦包括複數對象。

本創作

針對上述現有的石膏製品抗形變能力差，在濕度條件下易發生下垂和蠕變，從而導致穩定性差的缺陷，本創作提供了一種石膏組合物和石膏板及石膏板的製備方法，該石膏組合物中包括抗形變添加劑，由該石膏組合物製成的石膏板在濕度條件下具有良好的抗形變能力，尤其 是抗下垂能力，從而提高了石膏板的穩定性。

本創作提供一種石膏組合物、石膏板及其製備方法以及抗壞血酸作為抗形變添加劑在石膏板中的應用。

該石膏組合物，其包括一石膏和一抗形變添加劑，該石膏是半水石膏(半水硫酸鈣)；該抗形變添加劑包括含有化學式(1)中所示基團的一化合物， 且該化合物不含羧酸根基團(carboxylate group)。

本創作還提供了一種形成石膏組合物的方法，其包括：將一石膏粉末和一抗形變添加劑與水混合可得一混合物，並攪拌該混合物，其中該抗形變添加劑包括含有化學式(1)：中所示基團的一化合物，並且該化合物不含羧酸根基團，R¹和/或R²是氫、金屬離子、烷基、烷氧基或烯基。

較佳的是，該石膏組合物還包括選自於澱粉、發泡劑、促凝劑、分散劑以及其他在石膏板和灰漿製造領域技術人員已知的一種或更多種成分做為輔助添加劑。

本創作還提供了一種石膏板，其包括：一石膏、一澱粉、一分散劑、一促凝劑、一抗形變添加劑、一選擇性添加的發泡劑以及石膏板和灰漿製造領域技術人員 已知的材料，其中該石膏為二水石膏(二水硫酸鈣)；該抗形變添加劑包括含有化學式(1)：中所示基團的一化合物，並且該化合物不含羧酸根基團；其中R¹和/或R²是氫、金屬離子、烷基、烷氧基或烯基。

本創作還提供了一種石膏板的製備方法，其包括以下步驟：將一半水石膏、一澱粉、一促凝劑、一分散劑、一抗形變添加劑、一選擇性添加的發泡劑與水混合可得一混合物，其中該抗形變添加劑包括含有化學式(1)：中所示基團的一化合物，並且該化合物不含羧酸根基團；其中R¹和/或R²是氫、金屬離子、烷基、烷氧基或烯基，攪拌該混合物形成一漿料；將該漿料置於兩襯墊之間形成一夾層結構，基於夾層結構形成一第一板，該第一板經硬化過程並切割成複數具有期望長度的第二板，乾燥該等第二板以蒸發多餘的水可得該石膏板。

具體而言，該漿料通常沉積在一襯墊(例如紙張)上，並用另一襯墊覆蓋，使得漿料被夾於該襯墊與該另一襯墊中間而形成該夾層結構，將該夾層結構經過一對用於確定所製成之石膏板的厚度的成形板或輥而形成一第一板，接著將該夾層結構沿輸送線輸送，該第一板經一段時間水化和硬化後可的一硬化結構，切割該硬化結構為複數具有期望長度的第二板，並且將該等第二板傳送到乾燥 系統以使多餘的水蒸發即可得該石膏板。

本創作還提供了含有化學式(1)中所示基團且不含羧酸根基團的一化合物作為抗形變添加劑在石膏製品中的應用。

較佳的是，上述化學式(1)具有結構-COH=COH-。

較佳的是，該化合物選自於抗壞血酸(ascorbic acid)、抗壞血酸衍生物(ascorbic acid derivatives)和抗壞血酸鹽(ascorbate)或其組合。

較佳的是，在該石膏組合物和石膏板中，包含所述化學式(1)中所示基團且不含羧酸根基團的該化合物相對於該石膏的質量百分比為0.01~5.0%；優選為0.1%~1.0%。

較佳的是，抗壞血酸衍生物為L-抗壞血酸硬脂酸酯(結構式：)和L-抗壞血酸6-棕櫚酸酯(結構式：)。

較佳的是，抗壞血酸鹽為抗壞血酸鈣。

較佳的是，所述含有化學式(1)中所示基團的該化合物包括化學式(2)中所示的基團，

較佳的是，所述含化學式(2)所示基團的該化合物為丹寧酸(英文名：Tannic acid，結構式：，化學式：C76H52O46)或鄰苯三酚(英文名：Benzene-1,2,3-triol，結構式：)。

較佳的是，所述含化學式(1)中所示基團的該化合物包括化學式(3)中所示的基團，

較佳的是，所述含化學式(1)中所示基團的該化合物包括化學式(4)中所示的基團，

本發明還提供了一種抗壞血酸作為抗形變添加劑在石膏製品中的應用。

與現有技術相比，本創作提供之石膏組合物和石膏製品及其製備方法具有以下優點：1. 本創作中之石膏 製品包括由該石膏組合物製成的凝固石膏；而該石膏組合物包括半水石膏、水和包含基團且不含羧酸根基團的化合物，由該石膏組合物製成的凝固石膏相比於現有技術顯示出更好的抗形變能力，有效提高石膏製品的抗形變能力，即使是在高濕度條件下，本創作之石膏製品具有較強的穩定性並且難以發生形變，得以滿足對於高穩定性的要求；且本創作中做為具有“-COH=COH-”基團的化合物具體實例的抗壞血酸、丹寧酸和鄰苯三酚價格低廉且易取得，亦使得本創作之石膏組合物的成本降低。2. 另外，相對於其他現有常用之抗形變添加劑如酒石酸會減緩石膏漿料的凝固速度，本創作中之化合物不會影響石膏漿料的凝固，因此更有利於製造。

如背景技術所述，石膏具有重量輕、結構強度高的優勢，並且廣泛應用於建築行業中。然而實際使用中發現，當以石膏為主要成分的石膏製品暴露於高濕度時會出現下垂和蠕變的情形，其將可能產生結構穩固性上之疑慮和影響視覺上之觀感，導致無法滿足建築行業之標準。

為了解決現有石膏製品抗形變能力差和穩定性差的缺陷，本創作提供了一種石膏組合物和由該石膏組合物製成的石膏製品以及其製備方法；與現有技術相比，由本創作的石膏組合物所製成的石膏製品的抗形變能力(具體表現為抗下垂能力)得到顯著提升。

本創作提供的石膏組合物包括：一石膏、一抗形變添加劑與水；該石膏為半水石膏(主要成分為半水硫酸鈣，calcium sulfate hemihydrate)：該抗形變添加劑包括含有化學式(1)：中所示基團且不含羧酸根基團的一化合物；其中，基團可包含選自於開鏈結構(如-OHC=COH-CO-)、脂環結構(如)或是芳香環結構(如)中的任一結構，且其在該化合物結構中的表現形式不受限制。

具體而言，該化合物包括化學式(2)中所示基團、化學式(3)中所示基團，或者是化學式(4)中所示基團。

更具體而言，該化合物可為抗壞血酸(ascorbic acid)、丹寧酸(acidum tannicum)、鄰苯三酚(benzene-1,2,3-triol)或是其衍生物；抗壞血酸可為L-抗壞血酸、D-抗壞血酸、L-異抗壞血酸和D-異抗壞血酸。

進一步而言，該石膏組合物之含有基團的該化合物相對於該半水石膏的質量比為0.01%~5.0%；優選為0.1%~1.0%。

該石膏組合物另包括一添加劑，該添加劑係選自於發泡劑、分散劑、促凝劑、澱粉或其組合，以提高由該石膏組合物製成的石膏板的品質。

該石膏組合物的製備方法包括：將一石膏粉末和一抗形變添加劑按照特定比例置入水中混合可得一混合物；並攪拌該混合物可得該石膏組合物；其中，該抗形變添加劑包括含化學式(1)所示基團且不含羧酸根基團的一化合物。本創作之石膏組合物的製備，其操作過程簡單，因此適合工業大規模推廣。

本創作另提供了一種由前述石膏組合物所製成的石膏製品，該石膏製品係為一石膏板，該石膏板包括：一石膏、一澱粉、一發泡劑、一分散劑、一促凝劑、一抗形變添加劑，該抗形變添加劑包含含有化學式(1)中所示基團()且不含羧酸根基團(-COOH)的一化合物；該石膏為二水石膏。

進一步而言該石膏板的週邊可包覆一襯墊，該襯墊係為紙張或含聚合物和/或玻璃纖維的非織造墊等，以形成具有特定形狀及用途的石膏製品。

本創作另提供該石膏板的製備方法，其包括：將一石膏、一澱粉、一發泡劑、一促凝劑、一分散劑、一抗形變添加劑以及石膏板和灰漿製造領域技術人員已知的材料在水中混合可得一混合物，攪拌該混合物以形成一漿料，其中，該抗形變添加劑包含含有化學式(1)中所示基團()且不含羧酸根基團的一化合物，。

然後將該漿料沉積在一襯墊(例如紙張)上，並用另一襯墊覆蓋，使得該漿料被夾於該襯墊與該另一襯墊中間而形成一夾層結構，將該該夾層結構經過一對用於確定所製成之石膏板的厚度的成形板或輥而形成一第一板。

接著將該第一板沿輸送線輸送，該第一板經一段時間水化和硬化後可一硬化結構，切割該硬化結構為複數具有期望長度的第二板，並且將該等第二板傳送到乾燥系統以使多餘的水蒸發即可得該石膏板。

為使本創作的目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面以本創作的實施例進一步說明本創作的石膏組合物和由該石膏組合物製成的石膏製品及其製備方法；並顯現本創作之石膏組合物製成的石膏製品優異的抗形變能力。

在下面的描述中闡述更多具體細節以便於充分理解本創作，但是本創作仍可採用其他不同於在此描述的方式來實施。因此本創作不受下面實施例的限制。

實施例1 I. 各實施例之樣品和各對照例的製備過程如下：

將抗形變添加劑粉末(抗形變添加劑之成分與含量如表1所示)和500g經煅燒的半水硫酸鈣粉末與350g水混合可得一混合物，攪拌該混合物15秒可得一漿料，將該漿料倒入模具中，經12小時後製備一尺寸為400×400×10mm的石膏板，取出成型的該石膏板，並依次在50~70℃下乾燥10~15小時，然後在30~50℃下乾燥20~30小時，最後將該石膏板在溫度20℃和相對濕度為50%RH條件下放置24小時後，切割成一320×40×10mm之石膏板樣品，並待用於抗下垂測試。

II. 抗下垂測試過程：

測試環境：恒溫20±0.5℃；相對濕度：93±3%RH。

將該石膏板樣品水平放置在兩支撐物上，該兩支撐物之間的距離為300mm，在該石膏板樣品的中心部分放置一金屬承重塊(該金屬承重塊之質量如表1所示)以加快下垂過程；在24小時期間，採用鐳射位移計(型號：Keyence IL-065)不間斷測試該石膏板樣品中心部分的下垂量，並記錄24小時後該石膏板樣品的24小時後下垂量， 並列於表1。

各實施例之樣品和各對照例(對照例之抗形變添加劑取自現有技術)的抗形變添加劑成份及實施例和對照例對應的石膏板樣品的結果參數如表1所示，結果參數係為24小時後下垂量除以金屬承重塊質量，結果參數越小，表示該石膏板樣品的抗下垂能力越好。

抗形變添加劑含量係為各實施例或各對照例中抗形變添加劑粉末的質量除以半水硫酸鈣粉末的質量。

III. 測試結果分析：

將表1中包含含有基團的化合物(樣品1中為抗壞血酸；樣品2為鄰苯三酚()；樣品3為丹寧酸)做為抗形變添加劑的樣品1至3與含有包含酒石酸或改性三聚磷酸鋁鹽做為抗形變添加劑的化合物的對照例1至2的結果參數進行比較，顯示出樣品1至3的結果參數明顯小於對照例1至2的結果參數，表示樣品1至3相對於對照例1至2有較佳的抗下垂能力；更進一步而言，對照例1包含酒石酸()，其含有相鄰“-OH”基團卻沒有“-C=C-”基團，對照例1之結果參數仍大於樣品1至3。

根據表1，本創作含有包含“-COH=COH-”基團且不含羧酸根基團的化合物為抗形變添加劑的石膏板樣品(樣品1至3)相對於對照例1至2之石膏板樣品具有更好的抗下垂性能和更好的穩定性；進一步而言，含有抗壞血酸為添加劑的石膏板樣品(樣品1)的抗下垂能力是含有改性三聚磷酸鋁鹽為抗形變添加劑的石膏板樣品(對照例2)的抗下垂能力的2.7倍(1.41/0.51=2.7)；且是含酒石酸為抗形變添加劑的石膏板樣品(對照例1)的抗下垂能力的2倍(1.01/0.51=2)。

更進一步而言，基於含有抗壞血酸做為抗形變添加劑的石膏板樣品(樣品1)具有較佳的抗下垂能力，含有 與抗壞血酸結構相似的抗壞血酸硬脂酸酯或抗壞血酸棕櫚酸酯做為抗形變添加劑的石膏板樣品也顯示出較佳的抗下垂能力。

而樣品2(以鄰苯三酚為抗形變添加劑)和樣品3(以丹寧酸為抗形變添加劑)的石膏板樣品的抗下垂能力亦優於包含含羧酸陰離子的化合物為抗形變添加劑的石膏板樣品(對照例1)。

實施例2

各實施例之樣品和對照例的製備過程如下，將含有0.175~0.35g促凝劑(以實現6-7分鐘的起始凝固時間為目標以有便於實驗室操作)、3.811g澱粉和不同量抗壞血酸做為抗形變添加劑的700g經煅燒的脫硫石膏與含有3g發泡劑和4.375~7g分散劑(以實現90-100mm的目標擴散，便於實驗室操作)的490g水混合可得一混合物，並攪拌該混合物15秒可得一漿料。

將該漿料倒入模具中，模具在在將漿料倒入前預先於模具內鋪設一襯紙，而該漿料係倒在該襯紙上，接著在模具中之該漿料的上表面上放置另一襯紙，並向該另一襯紙加壓，使多餘的漿料溢出，並待該襯紙與該另一襯紙間之漿料凝固，以形成一石膏板，且該襯紙與該另一襯紙分別在該石膏板對應之表面的每一側上。

接著將移除模具，取出該石膏板，然後放入烘箱中，依次經180℃條件下乾燥20分鐘、60℃下乾燥12小時和40℃下乾燥24小時三步乾燥步驟以形成一石膏板樣品，該石膏板樣品的組成係列於表2。

將石膏板樣品切成與實施例1相同的形狀，採用相同的條件、相同的方法進行抗下垂測試，各實施例2之樣品與對照例之測試結果係列於表2。

相對於對照例，包含含有化學式(1)中所示基團()且不含羧酸根基團(-COOH)的化合物做為抗形變添加劑的石膏板樣品(樣品1至9)具有顯著改善的抗下垂能力；進一步而言所述含有化學式(1)中所示基團()且不含羧酸根基團(-COOH)化合物與石膏的質量比為0.01~5.0%；更進一步而言，所述含有化學式(1)中所示基團()且不含羧酸根基團(-COOH)的化合物與石膏的質量比優選為0.1~1.0%。

實施例3：抗壞血酸對凝固時間的影響

石膏板工業的現存問題是目前的抗下垂添加劑，如羧酸將會使石膏漿料的凝固時間拖長，因此對生產線造成不利的影響，為解決這個問題，需要使用額外的促凝劑，進而使生產成本增加。

表3列出具有不同含量的L-抗壞血酸和L-酒石酸的石膏漿料之起始和最終凝固時間，其係通過使用石膏板和灰漿製造領域技術人員已知的Vicat設備來測量，從表3可見L-酒石酸顯著增加了石膏漿料的凝固時間；相反地，L-抗壞血酸對凝固時間的影響很小。

本發明還提供了抗壞血酸作為抗形變添加劑在石膏製品中的應用，任何形式的包括抗壞血酸的抗形變添加劑，和該抗形變添加劑在抑制石膏製品下垂行為中的應用均在本創作的保護範圍內。

以上所述僅是本創作的較佳實例而已，並非對本創作做任何形式上的限制，雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同 變化的等效實施例，但凡是未脫離本創作之技術方案的內容，依據本創作的技術實質對以上實施例作任何簡單修改、等同變化與修改，均仍屬於本創作技術方案的範圍內。

Claims (31)

1. 一種石膏組合物，其包括：一石膏和一抗形變添加劑，該抗形變添加劑包括含有化學式(1)中所示基團的一化合物， 且該化合物不含羧酸根基團(carboxylate group)；其中，R¹和/或R²為氫(hydrogen)、金屬離子(metal ion)、烷基(alkyl group)、烷氧基(alkoxy group)或烯基(alkenyl group)。
2. 如請求項1所述之石膏組合物，該化合物係選自於抗壞血酸(ascorbic acid)、抗壞血酸衍生物(ascorbic acid derivatives)、抗壞血酸鹽(ascorbate)或其組合。
3. 如請求項2所述之石膏組合物，抗壞血酸衍生物係選自於L-抗壞血酸硬脂酸酯(L-ascorbyl stearate)、L-抗壞血酸6-棕櫚酸酯(L-ascorbicacid,6-hexadecanoate)或其組合。
4. 如請求項2所述之石膏組合物，抗壞血酸鹽為抗壞血酸鈣(calcium ascorbate)。
5. 如請求項1所述之石膏組合物，該化合物包括化學式(2)中所示的基團，
6. 如請求項5所述之石膏組合物，該化合物為丹寧酸(acidum tannicum)或鄰苯三酚(benzene-1,2,3-triol)。
7. 如請求項1所述之石膏組合物，該化合物包括化學式 (3)中所示的基團， 其中，R¹和/或R²為氫、金屬離子、烷基、烷氧基或烯基。
8. 如請求項1所述之石膏組合物，該化合物包括化學式(4)中所示的基團， 其中，R¹和/或R²為氫、金屬離子、烷基、烷氧基或烯基。
9. 如請求項1至8項中任一項所述之石膏組合物，該化合物相對於該石膏的質量百分比為0.01%~5%。
10. 一種形成石膏組合物之方法，其包括：將一石膏粉末和一抗形變添加劑與水混合可得一混合物；以及攪拌該混合物可得該石膏組成物，其中該抗形變添加劑包括含有化學式(1)中所示基團的一化合物， 且該化合物不含羧酸根基團，其中，R¹和/或R²為氫、金屬離子、烷基、烷氧基或烯基。
11. 如請求項10所述之形成石膏組合物之方法，該化合物相對於該石膏粉末的質量比為0.01~5.0%。
12. 一種石膏板，其包括：一石膏、一澱粉、一分散劑、一促凝劑、一抗形變添加劑與一選擇性添加的發泡劑，其中該抗形變添加劑包括含有化學式(1)中所示基團的一化合物， 且該化合物不含羧酸根基團，其中，R¹和/或R²為氫、金屬離子、烷基、烷氧基或烯基。
13. 如請求項12所述之石膏板，該化合物係選自於抗壞血酸、抗壞血酸衍生物、抗壞血酸鹽或其組合。
14. 如請求項13所述之石膏板，抗壞血酸衍生物係選自於L-抗壞血酸硬脂酸酯和L-抗壞血酸6-棕櫚酸酯或其組合。
15. 如請求項13所述之石膏板，抗壞血酸鹽為抗壞血酸鈣。
16. 如請求項12所述之石膏板，該化合物包括化學式(2)中所示的基團，
17. 如請求項16所述之石膏板，該化合物為丹寧酸或鄰苯三酚。
18. 如請求項12所述之石膏板，該化合物包括化學式(3)中所示的基團，
19. 如請求項12所述之石膏板，該化合物包括化學式(4)中所示的基團，
20. 如請求項12所述之石膏板，其被一襯墊包裹。
21. 如請求項20所述之石膏板，該襯墊為紙張或含有聚合物和/或玻璃纖維的非織造墊。
22. 如請求項12至21項任一項所述之石膏板，該化合物相對於該石膏的質量百分比為0.01%~5.0%。
23. 一種石膏板的製備方法，其包括：將一石膏、一澱粉、一促凝劑、一分散劑、一抗形變添加劑、一選擇性添加的發泡劑與水混合可得一混合物，該抗形變添加劑包括含有化學式(1)中所示基團的一化合物， 且該化合物不含羧酸根基團，其中，R¹和/或R²為氫、金屬離子、烷基、烷氧基或烯基；攪拌該混合物以形成一漿料；將該漿料置於兩襯墊之間以形成一夾層結構；基於該夾層結構形成一第一板；該第一板經硬化過程並切割為複數具有期望長度的第二板； 乾燥該等第二板以蒸發多餘的水可得該石膏板。
24. 如請求項23所述之石膏板的製備方法，該化合物係選自於抗壞血酸、抗壞血酸衍生物、抗壞血酸鹽中或其組合。
25. 如請求項24所述之石膏板的製備方法，抗壞血酸衍生物包括選自於L-抗壞血酸硬脂酸酯和L-抗壞血酸6-棕櫚酸酯中或其組合。
26. 如請求項24所述之石膏板的製備方法，抗壞血酸鹽為抗壞血酸鈣。
27. 如請求項23所述之石膏板的製備方法，該化合物包括化學式(2)中所示的基團，
28. 如請求項27所述之石膏板的製備方法，該化合物為丹寧酸或鄰苯三酚。
29. 如請求項23所述之石膏板的製備方法，該化合物包括化學式(3)中所示的基團，
30. 如請求項23所述之石膏板的製備方法，該化合物包括化學式(4)中所示的基團，
31. 如請求項23至30中任一項所述之石膏板的製備方 法，該化合物相對於該石膏的質量百分比為0.01%~5.0%。