JP2013502360A - プラスターボードパネル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、新規な結合剤を含んでなるプラスターボードパネル、及びその製造方法に関する。

Description

本発明は、石こうベースのパネルのようなプラスターボードパネル、及びそのようなパネルの製造方法に関する。

プラスターボードパネルは、建設業界において、内装用の壁及び天井の建設に使用されている。これらは、より伝統的な建築材料及び建築方法に比べて、比較的安価に製造され、そして取り付けされる。典型的には、これらのパネルは、ライナー材料（例えば、紙）の二つのシートの間に挟まれたコア材料からなるが、ライナー材料の単一のシートだけで製造もできるか、又は実際にはそのようなライナー材料を全く用いずに製造することもできる。あるいはまた、そのコア材料中に直接ウェビングを組み入れることができる。いずれの場合においても、そのコア材料の組成は、結果として得られるパネルの機能特性（例えば、強度、耐水性、遮音性及び断熱性、硬度等）を決定するのに役立つであろう。

プラスターボードパネルは、典型的には、乾燥成分を水と混合することによってスラリーが提供される連続法で形成される。上述したような両面型パネルの場合では、（最終的にプラスターボードのコア材料を形成する）スラリーが、ライナー紙の二つのシートの間に堆積されて挟まれる。その結果得られる生成物は、成形板で加圧されて必要な厚さになり、固められる。パネルは、その後、所望の大きさに切断され、そして過剰な水分を除去するために乾燥される。

スラリーの乾燥成分は、通常、か焼された石こう、コア材料とライナー材料との間の接着を確保するための結合剤、及び発泡剤、難燃剤、殺生物剤等のような一種又はより多くの添加剤を含む。結合剤は、典型的には、プラスターのスラリーに生（非加熱）で添加されるでんぷんからなる。製造工程の間、そのでんぷんは加熱され（又は“のり付け”され）、その結果、その粘度が増大し、そして保水能が高められる（“水分保持力”としても知られる）。これらの効果は、ボードの剥離力’（すなわち、コア材料とライナー材料との間の接着力）における改善として共に検知される。

あいにく、粘度の増大が大きすぎると、移動能にも影響を及ぼし、そしてそれは、接着に有害な影響を及ぼす恐れがある。でんぷんの保水能は、石こうの結晶の適切な成長において重要な役割を果たす。これは、その結晶が紙繊維と組み合って接着力を増強させるため、コア材料とライナー材料との間の境界相において最も重要である。同様に、乏しい移動能をもたらす高いピーク粘度はまた、低減された接着力ももたらす。

それ故、結合力を最適化するのに、移動性（低粘度）と水分保持力（一般に高粘度で増大される）との間の折衷が必要とされる。この目的のために、冷水に可溶なでんぷん、例えば、事前にゼラチン化されたでんぷん又は可溶性デキストリンが、プラスターボードの製造で使用される典型的な天然でんぷんの結合剤の代替物として試験された。それらは、良好な移動性の利点を有していたが、大規模な産業上の使用には適していなかった。というのも、それら冷水に可溶なでんぷんの可溶性は、石こうスラリーのレオロジーに対して否定的な作用を及ぼすからである。その上、それらでんぷんは、乾燥の間に良好な接着力に必要な粘度における増大及び水分保持力を示さない。

酸処理されたでんぷんもまた、天然でんぷんの可能な代替物として示唆されている。天然でんぷんと比較して、酸処理されたでんぷんは、糊化プロセスの間、低減されたピーク粘度を示し、そしてそれ故、糊化の間に良好な（より速い）移動性を示す。従って、酸処理されたでんぷんは、この点において変性されていないでんぷんよりも効果的である。しかしながら、それらの低減された粘度に起因して、酸処理されたでんぷんはより低い水分保持力をもたらす。

それ故、従来技術における努力にも拘わらず、（１）非常に低い冷水への可溶性、（２）低いピーク粘度、及び（３）ペースト化後の高い水分保持力を兼ね備える結合剤は、依然として得られていない。今日までに提案されている解決法は、その他の特徴（例えば水分保持力）に損害を与えて一つの特徴（例えば移動性）を最適化する傾向があり、三つ全ての特徴を最適化する解法の必要性が未だ必要とされている。本発明はこの必要性に取り組むものである。

本発明の第一の見地においては、プラスターボードパネルの製造において使用するための結合剤が提供され、該結合剤は、（ｉ） ２５０ｍＰａ・ｓ以下の冷温スラリー粘度、（ｉｉ） ６００ブラベンダーユニット以下のピーク粘度、及び（ｉｉｉ） ９０ｇ／ｍ^２以下の水分保持値を有するでんぷん材料を含んでなることを特徴とする。

本発明の更なる見地によれば、コア材料及び補強材料の一つ又はより多くのシートを含むプラスターボードパネルであって、該コア材料が上記で定義された結合剤を含むことを特徴とする、該プラスターボードパネルが提供される。

本発明の別の見地によれば、次の工程、
ａ） しっくい材料又は石こう材料の少なくとも一つを、水及び結合剤と混合してスラリーを形成させる工程；
ｂ） 該スラリーを造形してボードを形成する工程；
ｃ） 任意に、一つ又はより多くの補強材料のシートを該ボード中に組み入れ、及び／又は該ボードの一つの面上又はより多くの面上を一つ又はより多くの補強材料のシートでライニングする工程；及び
ｄ） 該ボードが乾燥するまでそのボードを乾燥する工程；
を含むプラスターボードパネルの製造方法であって、該結合剤が、上記で定義された結合剤であることを特徴とする、該方法が提供される。

本発明は、プラスターボードの製造で使用される結合剤、特に、プラスターボードのコア材料と、該ボードの一つ又はより多くのライナーシートとの間の接着力をもたらす及び／又は改善するのに使用される結合剤を提供するものである。

“プラスターボード”という用語は、ここで用いられる場合、建築産業で使用されるあらゆる種類の建材パネルを意味する。当分野では、それは乾式壁パネル、壁板、天井ボード又は天井ライニング、セメントボード及び石こうボードを意味することもできる。これらのボードは、コア材料及び、任意に、一つ又はより多くの補強材料のシートによって特徴付けられる。補強材料は、好ましくは、コア材料の主要な面の一方又は両方に対してライニングを施すのに使用されるが、（代替的に）コア材料自体の内部に組み入れられることもできる。補強材料は好ましくは紙材料からなり、その厚さ及び品質は、当業者によって容易に決定される。あるいはまた、特に、コア材料内へ組み入れられることが意図される場合には、ウェッビング材料を使用することができる。いくつかの実施形態によれば、補強材料は、箔、フェルト、プラスチック、又はその他のシート状材料を含むこともできる。

コア材料の組成は、製造者毎に異なり、パネルの意図される最終用途に依存する。その主要な成分は、典型的にはか焼された石こうであり、石こうプラスターとしても知られている。コア材料はまた、一種又は多種の添加剤、例えば繊維（典型的には紙及び／又は繊維ガラス）、可塑化剤、発泡剤、硬化促進剤（苛性カリなど）、キレート剤（ＥＤＴＡ又はでんぷんなど）、防カビ剤及び／又は難燃剤（繊維ガラス又はバーミキュライトなど）、防水剤（より低い吸水性のためのワックスエマルションなど）も含んでよい。当業者であれば、その経験及び当業界における標準的な実施（ｐｒａｃｔｉｃｅ）に基づいて、コア材料に必要な成分を決定することができるであろう。

いずれの場合においても、本発明に従って使用されるコア材料は、特定の結合剤を含むことになる。特に、結合剤は、（ｉ） ２５０ｍPa・ｓ以下、好ましくは２００ｍPa・ｓ以下、より好ましくは１５０ｍＰａ・ｓ以下、特に好ましくは１００ｍＰａ・ｓ以下の低温スラリー粘度；（ｉｉ） ６００ブラベンダーユニット（ＢＵ）以下、好ましくは４００ＢＵ以下、より好ましくは２００ＢＵ以下、特に好ましくは１００ＢＵ以下のピーク粘度；及び（ｉｉｉ） ９０ｇ／ｍ²以下、好ましくは８０ｇ／ｍ²以下、より好ましくは７０ｇ／ｍ²以下の水分保持力を有することを特徴とする、でんぷん材料を含む。特定の一実施形態によれば、でんぷん材料は、１００〜１５０ｍＰａ・ｓ（特に約１２５ｍＰａ・ｓ）の低温スラリー粘度、１００〜２００ＢＵ（特に約１６０ＢＵ）のピーク粘度、及び６０〜８０ｇ／ｍ²（特に約７０ｇ／ｍ²）の水分保持力を有する。これらの値のそれぞれは、以下で説明するように、方法１〜３に従ってそれぞれ測定される。特に、水分保持力の値は、水の放出量の観点で測定され、そのため、低い値はより良好な水分保持量であることを意味することに留意すべきである。

ここで使用される際、“でんぷん材料”という用語は、天然でんぷん又は変性でんぷん又はいずれかの供給源に由来するでんぷん誘導体を意味する。例としてだけであるが、でんぷん材料は、天然又は変性されたトウモロコシでんぷん、ワックス状のトウモロコシでんぷん、コムギでんぷん、タピオカでんぷん、ジャガイモでんぷん、コメでんぷん、サゴでんぷん又はそれらの二種以上の混合物である（又はそれらから誘導されたものである）ことができる。好ましくは、でんぷん材料は、変性されたでんぷん又は変性されたでんぷん二種以上の混合物である。でんぷんの変性には、物理的変性（例えば熱処理による）、化学的変性（例えばエーテル化、エステル化、カチオン化又は架橋）、及び／又は酵素による変性が包含される。特に好ましい一実施形態によれば、本発明のでんぷん材料は、乾燥変性又は半乾燥（ｓｅｍｉ−ｄｒｙ）変性によって有利に得られる熱変性でんぷんである。

コア材料は、典型的には、５％までの結合剤を含む。有利には、それは結合剤の重量（全乾燥重量に基づいて）の０．１％〜５％、特に、０．１〜１％の結合剤を含む。結合剤は、その結果、好ましくは、乾燥重量をベースとして少なくとも５０重量％の量のでんぷん材料を含むことになる。より好ましくは、結合剤は、少なくとも７０重量％のでんぷん材料を含むことになる。ある実施形態によれば、結合剤は、少なくとも８０重量％のでんぷん材料を含むことができる。あるいはまた、結合剤は、重量で８５％以上、９０％以上、９５％以上、又は９９％以上の量でさえでんぷん材料を含むことができる。特定の一実施形態において、結合剤は、でんぷん材料からなる。ある好ましい実施形態によれば、本発明の結合剤は、酸処理されたか、又は酵素によって分解されたいずれのでんぷんも含まない。

結合剤は、一種又は多種の添加剤を含むことができる。特に、結合剤は、流動化剤（シリカベースの製品又はリン酸塩など）を含むのが有益である。驚くことに、これらの流動化剤が、有効であるのに、わずかに（全結合剤の乾燥重量に基づいて）０．１重量％以下の量だけ添加する必要がないということが見出された。故に、本発明の結合剤は、好ましくは０．１重量％以下、より好ましくは０．０５重量％以下、特に好ましくは０．０１重量％以下の流動化剤を含む。該結合剤はまた、一種又は多種の親水コロイド、例えばキサンタンガム、グアーガム、ペクチン及び／又はカラギーナンを含む。好ましくは、それら一種又は多種の親水コロイドは、（全乾燥重量に基づいて）５〜１０％の量で結合剤中に含まれる。

使用において、本発明の結合剤は、その他の、上記のコア材料のいわゆる乾燥成分（例えば、か焼された石こう＋任意の添加剤）と混合され、そして水を添加することによってスラリーが形成される。そのスラリーは、その次に所望の厚さに形成される。一つ又はより多くの補強材料のシートを、そのスラリー内に組み入れる、及び／又は該スラリーの一方又は両方の面上をライニングするのに使用する。そのように形成されたスラリーは、次いで乾燥される。必要であれば、一度完全に乾燥されたか、又は部分的に乾燥されたボードを仕上げ加工（例えば、所望寸法への切断、被覆、処理加工等）することができる。これらの段階のそれぞれは、有利に、連続製造工程で行うことができる。この方法はまた、本発明の一部でもある。

一つの可能な設定によれば、両面プラスターボードパネル（すなわち、コア材料が二つの補強材料のシートの間で挟持されている）の製造について、スラリーは、均質になるようなやり方で、補強材料のシート（例えば、紙）の上に塗り広げられる。補強材料の第二のシートを、次いで、スラリーの依然として露出されている表面に適用することによって、封止されたスラリーの外皮を効果的に得ることができる。

乾燥工程は、いくつかの段階で実行することができる。要するに、例えば、最初に形成されたスラリーを硬化させるのが好ましい。これは、製造ラインにおいて、一連の硬化ベルト上で実施することができる。そのスラリーが一旦固まる（硬化する）と、所望の長さのパネルにそれを切断することができ、次いで、例えば、炉、乾燥室又は多段階乾燥機中で乾燥工程を完了させることができる。乾燥されたパネルは、その次に仕上げ加工（例えば、トリミング）されて使用することができる。当業者には明らかなように、追加の工程、例えば、印刷又は継ぎ手の形成、もまた、上記のプロセスに組み込むことができる。

驚くことに、上記のプロセスが、本発明結合剤を用いる場合に、より速い速度で実施できることが見出された。理論に従いたいということなく、このことによって水分保持力のより良好な調節という結果がもたらされると信じられている。更に、結果として得られたプラスターボードパネルは、標準的な結合剤を同じ使用量で用いて製造されたパネルと比較して、（乾燥工程の間の本発明でんぷん材料の改善された移動性及びその優れた水分保持能に起因する）改善された剥離耐性を有することがわかった。特に、これは、本発明結合剤が、プラスターボードパネルのコア材料から補強材料が剥離して分離するのを低減もしくは防止できることを意味する。

本発明の好ましい実施形態を、例示的な方法だけで説明した。これらの変更及び更なる実施形態は、本明細書を読むことによって当業者には明らかになり、それ故、それらが本発明の範囲内にあると考慮されるであろう。以下で、本発明の更なる実施形態を、非限定的な実施例において説明する。

方法１： 低温スラリー粘度（ＣＳＶ）
原理： 試験するでんぷん材料の４４％乾燥ベーススラリーを２５℃で製造する。完全に分散させた時に、ブルックフィールド粘度測定を行う。

方法： 試験するでんぷん材料１１０ｇ（乾燥ベース）を、標準化された４００ｍｌガラスビーカーに、脱塩水と一緒に加えて全重量２５０ｇにする。その組成物を、その次に、気泡が包含されるのを避けて、撹拌べらで静かに混合する。得られたスラリーの粘度を、ブルックフィールドＲＶ粘度計を用いて、粘度計製造者の指示に従って測定する。

粘度を、１００ｒｐｍにおいて、Ｎｏ．２スピンドルを用いてｍＰａ・ｓで測定する（注：粘度が目盛りの最大値（４００ｍＰａ・ｓ）を超える場合には、Ｎｏ．３スピンドルを用いて１００ｒｐｍで試験を繰り返すことができる）。

方法２： ピーク粘度
原理： でんぷん材料を水中に分散させて、Ｖｉｓｃｏｇｒａｐｈ Ｅ （Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ）装置を用いて、その製造者の指示に従ってブラベンダー粘度試験に供する。

方法： 試験する各でんぷん材料について、４８０ｍｇのでんぷんスラリーを、でんぷん材料の１５重量％で調製する。試料を、６００ｍｌの硬質ガラス（ｌｏｗ−ｆｏｒｍ ｇｌａｓｓ）又はプラスチックビーカー中で、脱塩水を用いて調製し、そしてプラスチック棒又はスプーンで混合する。均質化が達成される時、そのスラリーを準備したブラベンダー粘度計のカップ中に注ぎ、測定ヘッド及びセンサーを挿入する。

３５０ｃｍｇのカートリッジ及び７５ｒｐｍの回転速度を用いる。５０℃（開始温度Ｓ０）から９５℃（公称温度Ｓ１）まで、１．５度／分の加熱速度で試料を加熱する。その次に、試料をＳ１で３０分間保持する。次いで、１．５度／分の冷却速度で、１５℃に設定された冷やした水浴を用いて再び５０℃（公称温度Ｓ２）に試料を冷却する。

ブラベンダーユニット（ＢＵ）で粘度を測定する。４つの粘度を報告することができる。すなわち、
ピーク粘度： ピーク時の粘度、
トップ粘度： 温度が正確に９５℃に達したときの粘度、
高温ペースト粘度： ９５℃で正確に３０分後の粘度、
最終粘度： 温度が正確に５０℃に達したときの粘度。

方法３： 水分保持値（ＷＲＶ）
原理： 圧力が適用されている間に組成物によって放出される水分は、ろ紙で吸収される。それ故、その組成物によって放出される水分の量、したがって、水分保持能（又は“水分保持値”）を測定するために、ろ紙の重量増加が用いられる。

方法： 試験するでんぷん材料を、９６℃で３０分間、２０％乾燥含有量にバッチ加工（ｂａｔｃｈ ｃｏｏｋｅｄ）する。その次に、加工されたでんぷんの１２部（２０％乾燥固形分量で）を、１００部の石こう（例えば、６６％乾燥固形分量のＫｅｍｗｈｉｔｅ ｇｙｐｓｕｍ）に、水と一緒に加えて、最終乾燥固形分量５３重量％のスラリーを形成させる。変性されていないでんぷんについては、１００部の石こう（６６％ＤＳの）及び５部の天然でんぷん（６％ＤＳの）を水と混合して、最終乾燥固形分量４６重量％にした。

この方法は、ＡＡ−ＧＷＲ Ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ｍｅｔｅｒ （Ｍｏｄｅｌ ２５０）を用い、製造者の指示に従う。ブルーリボン（Ｂｌｕｅ Ｒｉｂｂｏｎ）ろ紙を計量する（重量１： 試験前）。次に、フィルターを試料プレート上に置き、ミリポア（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ）ろ紙（５μｍ孔径）で光沢のある方を上にして覆う。その次に、シリンダーを、封止する側を上向きにして（ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｆａｃｅ ｕｐｗａｒｄｓ）そのプレート上に置く。

１０ｍｌのスラリー（３０℃の）を、シリンジを備えたそのシリンダー中に装填する。次いで、その装置をプラグで閉じ、圧力のスイッチを入れて１バールに調整する。２分後、加圧を止めて、プラグを取り外す。その次に、全ての構成要素（プレート、フィルター及びシリンダー）を取り除き、そして残っているスラリーを注ぎ出す。ろ紙を最終的に、再度計量し（重量２： 試験後）、そして水分保持値を次のように計算する。

ＷＲＶ ［ｇ／ｍ²］ ＝ （重量２ - 重量１） ＊ １２５０
注： この方法は、水分放出量を測定するため、値が低いほど、水分保持能（又は水分保持力）が高い。

例１： 異なるでんぷん材料の比較分析
低温スラリー粘度、ピーク粘度、及び水分保持値に関して、上記の方法（方法１〜３）に従って次の材料を試験した。
Ａ： Ｃ＊Ｐｌｕｓ ０５４８３ （標準的な処理でんぷん）
Ｂ： Ｃ＊Ｆｉｌｍ ０７３１１ （デキストリン）
Ｃ： Ｃ＊Ｇｅｌ ０３４０１ （天然でんぷん）
Ｄ： Ｃ＊Ｐｌｕｓ ０７２７３ （熱変性でんぷん）

これらの試験結果を、以下の表１に示す（表中、“＋”は好ましい結果を示し、そして“−”は好ましくない結果を示す）。

*注: その高い粘度に起因して、試料Ｃについては他の試料と同じ条件下で水分保持値を測定するのが非常に困難であった。それ故、試料Ｃについての水分保持力は、他の試料よりもずっと低い乾燥固形分量で測定した。より高い乾燥固形含有量では、試料Ｃの水分保持能もまたずっと高くなる（すなわち、より低いＷＲＶ）と予想される。

この分析から明らかなように、試料Ｄが、本発明による使用に最も適した材料、すなわち、（１） 低いスラリー可溶性、（２） 低いピーク粘度、及び（３） 高い水分保持力を同時に有する材料である。

Claims (10)

1. プラスターボードパネルの製造に使用される結合剤であって、
   （ｉ） ２５０ｍＰａ・ｓ以下の低温スラリー粘度；
   （ｉｉ） ６００ブラベンダーユニット以下のピーク粘度；及び
   （ｉｉｉ） ９０ｇ／ｍ^２以下の水分保持値、
   を有するでんぷん材料を含んでなることを特徴とする、上記の結合剤。
2. 前記でんぷん材料が、
   （ｉ） ２００ｍＰａ・ｓ以下の低温スラリー粘度；
   （ｉｉ） ４００ＢＵ以下のピーク粘度；及び
   （ｉｉｉ） ８０ｇ／ｍ^２以下の水分保持値、
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の結合剤。
3. 前記でんぷん材料が、
   （ｉ） １５０ｍＰａ・ｓ以下の低温スラリー粘度；
   （ｉｉ） ２００ＢＵ以下のピーク粘度；及び
   （ｉｉｉ） ７０ｇ／ｍ^２以下の水分保持値、
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の結合剤。
4. 前記でんぷん材料が、
   （ｉ） １００〜１５０ｍＰａ・ｓ以下の低温スラリー粘度；
   （ｉｉ） １００〜２００ＢＵのピーク粘度；及び
   （ｉｉｉ） ６０〜８０ｇ／ｍ^２の水分保持値、
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の結合剤。
5. 前記でんぷん材料を少なくとも５０重量％含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の結合剤。
6. 酸処理でんぷんのいずれも含まないことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の結合剤。
7. 酵素分解されたでんぷんのいずれも含まないことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の結合剤。
8. 一種又は二種以上の親水コロイド及び／又は一種又は二種以上の流動化剤（ｆｌｏｗｉｎｇ ａｇｅｎｔｓ）を更に含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の結合剤。
9. コア材料及び一つ又は二種以上の補強材料のシートを含むプラスターボードパネルであって、該コア材料が、請求項１〜８のいずれか一つに記載の結合剤を含んでなることを特徴とする、上記のプラスターボードパネル。
10. プラスターボードパネルの製造方法であって、次の工程、
    ａ） プラスター材料又は石こう材料の少なくとも一つを、水及び結合剤と混合してスラリーを形成する工程；
    ｂ） 該スラリーを造形してボードを形成する工程；
    ｃ） 任意に、一つ又はより多くの補強材料のシートを該ボード中に組み入れる、及び／又は該ボードの一つの面上又はより多くの面上を一つ又はより多くの補強材料のシートでライニングする工程；
    ｄ） 該ボードが乾燥するまでそのボードを乾燥する工程；
    を含む方法であって、前記結合剤が、請求項１〜８のいずれか一つに記載の結合剤であることを特徴とする、上記の製造方法。