TW200930681A - Decreased evaporation with retarder for a high water to stucco ratio lightweight board - Google Patents

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200930681 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種製造用於石膏板之漿料之方法；特定而 本發明係關於一種用於輕量石膏板之具有高的水對灰泥比（你的 stucco ratio ’ WSR)的聚料；更特定言之’本發明係關於添加— 缓凝劑以增加用於具一 WSR之輕量石膏板之漿料的流動性，— 時減少初始凝固時間及水之用量。 ❹ ❹ 【先前技術】 基於許多原因，石膏係普遍地用於建築材料中，其原料不今且 易於購得的。石膏原料經脫水後形成硫酸每半水合物，亦稱為大 泥。以此形式，因其較緊實且重量較輕，故運送及貯存時花費較 少。經由再水合，石膏可成型為任何所欲之形式。所形成之石膏 產品的特性受到用以再水合灰泥之水量的影響。普遍已知添加速 凝劑（set accelerator)可提高石膏板的強度，因為較多可用之成 核位置集中於-較小體積之混合物中。額外的成_用會於硫酸 鈣二水合物晶體上形成基質，可更緊密地相互交錯，從而產生更 為堅固之產品。反之，咸信添加緩凝劑會降低強度，因為吸附水 的延遲會長時間地稀釋成核位置。使用具有高職之石膏浆料係 較非所欲者’凝固時間較長且會損害板之強度及完整性。當於一 供箱或熏中除去過量水時，能源成本係與添加至漿料中之超過水 合作用所需的水量成比例增加的。 緩凝劑Wr)係用以調整漿料之初始凝固反應直到灰泥/ 水漿料離開混合器之後為止。此可消除或減少於混合器或其他製 3 200930681 造製程設備内之堵塞或其他干擾作用。當漿料變硬時，混合器内 反應性粉末混合物之硬化作用會非常迅速地發生，包括在添加水 至混合物之後不久即發生。此會造成清潔問題，凝固石膏的累積 會干擾混合器的運作，造成其操作不適當。 添加緩凝劑可減少石膏漿料之初始硬化作用時間並增加漿料之 流動性，從而可使流體石膏漿料移動通過混合器及其他製造設 備，而不會凝固並產生製造問題。一種具有高WSR且經緩凝劑處 理之石膏漿料可增加流動性且更能縮短凝固時間。 【發明内容】 本發明係提供一種用於輕量石膏板之具有高WSR的石膏漿料， 該漿料具有增加的流動性及縮短的凝固初始時間。此係透過添加 一緩凝劑而實現的，該緩凝劑亦可維持或增加所得石膏板之強 度。亦可考慮缓凝劑亦可以至少5磅/MSF之量添加至石膏漿料 中。此可增加成核位置之數量、改善水合作用及因此改善最終產 品之強度。 於一實施態樣中，係提供一種具有約29至約35磅/立方呎之最 終密度的輕量石膏板。該石膏板包含一石膏芯，其具有一硫酸鈣 二水合物晶體之互鎖性基質及挾帶之空氣（entrained air )(泡泳） 以提供所欲之密度及水。該WSR係至少0.9或0.95。該石膏板亦 包含一緩凝劑及一速凝劑。 於另一實施態樣中，係提供一種形成具有高WSR之輕量石膏板 的方法。該方法包含將一煅燒石膏與水混合以形成一石膏漿料之 步驟。該石膏漿料包含具有一高的水對煅燒石膏比之特質。隨後 200930681 添加一緩凝劑至該石膏漿料中，使石膏漿料凝固。隨後藉由對該 凝固石膏漿料添加飾面材料而完成該輕量石膏板。 【實施方式】 本發明係關於一種輕量石膏板之製造。出乎意料地，已發現添 加緩凝劑可維持或加強以高的水對灰泥比（WSR)製得之輕量石 膏板的強度，且同時可增加流動性（藉由明塌度（slump )測得） 並延長石膏漿料之硬化時間。用語「輕量」意指包含具有約1200 至約1400磅/MSF重量之石膏板。 〇 在用於石膏板之石膏漿料的形成期間，可藉由添加緩凝劑至石 膏漿料中以增加漿料之流動性。添加緩凝劑會延長漿料的初始凝 固時間。用於根據本發明之石膏漿料較佳亦包含增量的水合強化 添加劑（例如速凝劑）。藉由延長石膏漿料之初始凝固時間，亦可 減少會帶來坍塌或使流動性回歸至正常之水量。 添加緩凝劑及水合強化添加劑（或速凝劑）會延長漿料之初始 硬化，其可增加混合物的流動性且同時仍可使相同百分比之石膏 0 漿料在製造程序期間之特定時間點凝固，例如以刀裁切石膏板 時。使初始流動性或坍塌度回歸至正常，可減少漿料中之水，且 隨後可縮短用以蒸發石膏漿料内之過量水所需的時間。 經考慮認為，添加緩凝劑以增加流動性對β及α灰泥兩者係可 行的。亦經考慮認為，無論是否使用萘磺酸鹽或聚羧酸醚、有或 沒有分散劑，添加缓凝劑係可行的。亦經考慮認為，無論係與經 處理或未經處理之灰泥一同使用，添加緩凝劑係可行的。 如同本技術領域具有通常知識者所瞭解且認同，水對灰泥之比 5 200930681 係一重要的參數。水對灰泥之比表示每份量灰泥之水量且該比係 重要的，因為過量水最終必須藉由加熱而除去，其因加熱過程所 用燃料之高成本而花費甚高。已顯示於石膏漿料中使用緩凝劑， 尤其可有效增加流動性從而降低水/灰泥比及/或增加高水/灰泥比 之聚料的水合強化添加劑中。高水對灰泥比可定義為最接近1之 比，即具有約相同量之水與灰泥。 較低的水用量會在凝固期間提高石膏晶體成長之功效，因為可 用之成核位置會集中於一較小體積之混合物中。生長中之石膏晶 體間的相互作用會發生的較早且較有效，並從而咸信可提供最終 產品經改善之強度。根據本發明之石膏板具有高的水對灰泥比， 且可透過添加缓凝劑來維持輕量產品之強度。 通常添加緩凝劑以增加石膏漿料之初始凝固時間。已知添加特 定緩凝劑可獲得所欲之初始凝固時間。如本領域之技術人士所了 解，任何已知可與硫酸鈣二水合物一起使用之緩凝劑，於特定量 下皆適於產生與所欲目標範圍相符之作用時間。所用之初始緩凝 劑係因各個製造工廠而異。有些工廠選擇在一開始完全不使用緩 凝劑，而其他工廠則可能使用高達0.1%之緩凝劑，以灰泥用量計。 當與本發明之其他方面結合使用時，緩凝劑亦會影響石膏板之強 度。於有些實施態樣中，緩凝劑係以約50%至約300°/。之漸增量來 使用，以最初使用之緩凝劑的量計。然而，其他實施態樣可利用 約0.15至約0.9磅/MSF之量。所需緩凝劑之確切量係隨著（在其 他要件之中）所添加灰泥之種類、所用之速凝劑的量及種類而改 200930681 一用於本發明之輕量石膏板的較佳緩凝劑係VERSENEX 80，係 一可自 Van Walters & Rogers of Kirkland, Wash.購得之螯合劑（二 乙烯三胺五乙酸鈉）。亦已發現以本領域之技術人士已知之濃度來 添加擰檬酸納、檸檬酸、酒石酸、酒石酸鈉等，可提供充足之緩 凝作用。當所欲為較長之凝固時間時，可以熟習技術者所熟知之 濃度來使用蛋白物質，例如酪蛋白。 其他可用於本發明之可接受的缓凝劑，亦包含聚合物、磷酸鹽、 鈉鹽、蛋白質等。此外，其他緩凝劑包含以下之至少一者：聚丙 烯酸之鈉鹽、丙烯酸績酸共聚物、丙烯酸績酸共聚物之敍鹽、丙 烯酸磺酸共聚物之鈉鹽、或丙烯酸聚合物與磺酸共聚物之混合物 及其鹽類。 漿料及板亦包含可提供用於晶體生長之成核位置的速凝劑類 型。「CSA」係一速凝劑，其包含95%硫酸妈二水合物與5%糖共 磨，並加熱至250°F ( 121。〇以使該糖焦化。CSA可自USG Corporation，Southard, 0K工廠取得，且可根據美國專利第 Q 3,573,947號加以製備’該專利内容併於本文以供參考。硫酸鉀係 另一較佳之速凝劑。HRA係以每1 〇〇碎硫酸約二水合物約5至25 磅糖之新鮮研磨的硫酸鈣二水合物。其更詳細闡述於美國專利第 2,078,199號中，該專利内容併於本文以供參考。其他可用之速凝 劑的實例包含碳酸鈉、氯化鈣、項酸約、亞硝酸鈣、甲酸鈣、乙 酸鈣、硫酸鹽、酸類及硫酸鈣二水合物。經考慮認為，可單獨使 用該些促進劑或任意組合該些促進劑以供使用。該些速凝劑皆可 藉由提供晶種以促進成核作用來加速晶體生長。此類速凝劑係以 7 200930681 約5至約25磅的量來使用 除了可提供成核位置之 劑。另一類型促進劑之 —一 / 使用，以每千平方吸乾的最終板（MSF)計。 ^之速凝劑外，亦可使用其他類型之促進 ，/値1實例是明礬，其可藉由提高一或多種 漿料成分之溶解度來加速晶體生長。提高溶解度之促進劑可視需 要額外地使用，並非以其取代可提供成核位置之速凝劑。 如本領域之技術人士所了解，可添加其他添加劑至石膏漿料 中。於本發明之實際應用中，f以慣用之量來使用其他傳統添加 劑，以賦予所欲之特性並有利於製造’舉例言之’例如含水泡沫、 速凝劑、緩凝劑、再锻燒抑制劑（recalcination inhibitors)、黏合 劑、黏著劑、分散助劑、流平或非流平劑（leveling or nonleveling agents )、增稍劑、殺菌劑、殺真菌劑、pH調整劑、著色劑、強化 材料、抗燃劑、防水劑、填料及其混合物。 坍塌度係一石膏漿料之流動性或可行性之測量結果。坍塌度係 一可測量之量，其可協助決定石膏漿料中之水是否過多。將漿料 試樣倒入一潮濕的2吋X4吋圓柱模中，其係放置於一塑料薄片 上’《«⑽填滿至略為溢出。從上方將過量的材料刮平，

且其平均值係記載為扁狀物直徑。

之具高水對灰泥比之石膏板的強度。 200930681 為形成一輕量石膏板，首先將锻燒石膏與水混合以形成一石膏 漿料。根據本發明之一實施態樣，石膏漿料較佳係具有至少0.95 之WSR。於一些實例中，較佳係具有約1 : 1之水對灰泥比。於其 他實例中，較佳係具有約95 : 100之水對灰泥比。緩凝劑可維持 或提高石膏板之整體強度。使石膏漿料成型為一板，較佳係將石 膏漿料夾於兩飾面材料的薄片之間。石膏板之完工程序包含本技 術領域具有通常知識者所熟知之任何完工程序。 亦經考慮認為，可於凝固之前以及在添加速緩凝劑至石膏漿料 ❹ 中之後或同時，或可於添加緩凝劑時一起添加速凝劑至漿料中。 較佳地，緩凝劑係添加至計量水中或透過混合器内之喷灑喷嘴來 添加，以使緩凝劑可良好的分散於漿料中。於其他實施態樣中， 經考慮認為，可在緩凝劑之前先添加速凝劑。可用於本發明之速 凝劑包含本文中所述之速凝劑。一較佳之緩凝劑係一螯合劑。經 進一步考慮認為，可於添加緩凝劑至石膏漿料之後添加一添加 劑。於某些實施態樣中，經考慮認為，可於速缓凝劑之前先添加 Q 至少一添加劑至石膏漿料中。亦經考慮認為，可於速凝劑之前先 添加一添加劑。可以本領域之技術人士所了解之順序來添加緩凝 劑、速凝劑及其他添加劑。 實施例1

進行實驗室測試以測量改變具有高的水對灰泥比之石膏漿料中 緩凝劑之量的影響。以下測試係使用0.95之恆定WSR，每一次測 試皆使用380克灰泥及400克水。於各測試中，使用6克DAXAD 9 200930681 分散劑，且亦使用固定1.2克之MCM。緩凝劑為VERSEVEX 80， 其係一可自 Van Walters & Rogers of Kirkland, Wash.購得之螯合 劑。如所示者，僅改變緩凝劑之量，而所有其他特性係維持不變。 表1 測試 緩凝劑，克 CSA，克 坍塌度，公分 硬化時間 (磅/MSF) 分： 秒 1 0 0.40 19.1 2 ： 10 2 0.064 ( 0.14) 0.43 19.4 2 ： 15 3 0.13 (0.29) 0.48 19.5 2 ： 15 4 0.19 (0.43) 0.70 21.6 2 ： 20 5 0.26 ( 0.59) 1.00 23.0 2 : 20 如表1所示，於低劑量之缓凝劑（<0.3磅/MSF)的情況下，並 未發現流動性的改善。然而，當缓凝劑劑量超過0.43磅/MSF時， 漿料流動性顯著地改善且同時仍維持類似的硬化時間。流動性的 增加可使水及/或分散劑減量更多。從缓凝劑劑量的角度來檢閱坍 塌度數據，如第1圖所示，可看出漿料流動性於緩凝劑低於0.3 磅/MSF時，係維持相對恆定的。 實施例2

Versonex 80-CSA立方體強度測試步驟 使用以下調配物製得之數個試樣： 1000 克 Southard CKS 灰泥 200930681

1400毫升自來水，溫度為70°F 如表2所示之Versonex-80 5 克 East Chicago HRA 將乾成分（灰泥及HRA)加入一大塑膠袋中，並徹底混合30 秒。添加1300毫升水至大型Warring混合器中。Versonex-80係與 四倍之水混合，以小量加至混合物中來促進溶液的準確性（10克 Versonex及40克水係作為初始稀釋）。添加額外的水至杯中，以 ® 獲得帶有Versonex-80之100毫升的水。總水量為1400毫升。將 杯内之成分添加至混合器中。啟動計時器，於10秒時添加乾混合 物並浸泡7秒。於17秒時，啟動大型之4升Warring混合器並以 高速運作7秒的混合時間。於24秒時，停止混合器之運作並將蓋 子移開。將漿料倒入六個立方體鑄模中。於55秒時，將坍塌杯 (slump cup )上方多餘之混合物刮除。於1分時，亦將立方體鑄 模上方多餘之漿料除去及/或刮除，並使該等立方體於立方體鑄模 0 中凝固且歷時再10分鐘。將該等立方體放置於溫度設定為116°F 之BLUE Μ烘箱中，並在以ATS機器進行立方體壓縮測試之前， 將該等立方體置於該烘箱中乾燥至少48小時。於各條件下重複此 步驟兩次，以產生總共12個立方體並加以平均。 表2 強度測試數據 測試 緩凝劑之量 壓縮強度 正規化（normalized)強度 克 psi % 11 200930681

---------- iy / 〇 第2圖所示為正規化強度作為緩 強度」係-將試樣錢與理論強度相比之計算值，其係經調整以 補償密度的改變。當缓凝劑之量低時，該正規化強度下降， 在較高之緩凝劑濃度時上升。總而言之，t wsr為i 4時較高 之緩凝劑劑量可維持或改善產品強度。 〇 〇 儘管本文中所述為本發明含有緩凝劑之石膏聚料的特定實施態 樣，應瞭解本技術領域具有通常知識者可對該等内容作出較廣方 面的改變及修改，而不背離本發明，如後附巾請專利範圍所界定。 【圖式簡單說明】 第1圖所示為游塌尺寸作為使用表i數據之緩凝劑劑量的函數 圖；以及 第2圖所示為正規化強度作為使用表2數據之緩凝劑劑量的函 數圖。 【主要元件符號說明】 (無） 12

Claims (1)

1. 200930681 七、申請專利範圍： 1. 一種石膏漿料，包含： 硫酸鈣半水合物； —緩凝劑’其量為至少0.15磅/MSF ; —速凝劑，其量為至少約5磅/MSF，其中該速凝劑係經 ^用乂心供成核位置（nucleationsites); 良’其中該水對硫酸約半水合物之比係至少0.90;以及 έ水泡沫，其量為足以產生一密度為約29至約35磅/立 〇 紋之乾石膏板。 2. 如凊求項1所述之石膏漿料，其中該水對硫酸鈣半水合物之 比係至少約1 : 1。 3·如凊求項1所述之石膏漿料，其中該水對硫酸鈣半水合物之 比係高於約1 : 1。 4·如請求項1所述之石膏漿料，其中該速凝劑係選自碳酸鈉、 氣化鈣、硝酸鈣、亞硝酸鈣、甲酸鈣及乙酸鈣中之至少—者。 Q 5.如請求項1所述之石膏漿料，進一步包含一添加劑。 6.如請求項5所述之石膏漿料，其中該添加劑包含再锻燒抑制 劑（recalcination inhibitors)、黏合劑、黏著劑、分散助劑、 流平或非流平劑（leveling or nonleveling agents)、增稍劑、 殺菌劑、殺真菌劑、pH調整劑、著色劑、強化材料、抗燃劑、 防水劑、填料及其混合物。 7-如請求項1所述之石膏漿料，其中該緩凝劑係一螯合劑。 8·如請求項1所述之石膏漿料’其中該緩凝劑係選自搏檬酸鈉、 檸檬酸、酒石酸、酒石酸鈉、一聚丙烯酸之鈉鹽、一丙嫌酸 13 200930681 磺酸共聚物、一丙烯酸磺酸共聚物之銨鹽、一丙烯酸磺酸共 聚物之鈉鹽、或一丙烯酸聚合物與磺酸共聚物之混合物及其 鹽類中之至少一者。 9. 一種形成輕量石膏板之方法，包含以下步驟： 選用一速凝劑以提供用以形成硫酸鈣二水合物晶體之成 核位置； 提供一用量之硫酸#5半水合物； 將該硫酸鈣半水合物、該速凝劑及一緩凝劑與計量水 (gauging water )合併以形成一石膏漿料，其中該水對硫酸約 ^ 半水合物之比係至少0.95，該速凝劑係以至少約5磅/MSF之 用量存在且該緩凝劑係以至少0.15磅/MSF之用量存在； 藉由添加一含水泡沫來降低該石膏漿料之密度； 使該楽·料成型為一板；以及 使該石膏板凝固。 10. 如請求項9所述之方法，其中該合併步驟包含添加該緩凝劑 至該計量水中。 q 11. 如請求項9所述之方法，其中該速凝劑係選自碳酸鈉、氣化 鈣、硝酸鈣、亞硝酸鈣、甲酸鈣及乙酸鈣中之至少一者。 12. 如請求項9所述之方法，其中該緩凝劑係一螯合劑。 13. 如請求項9所述之方法，其中該緩凝劑係於添加硫酸鈣半水 合物之前添加至該計量水中。 14. 如請求項9所述之方法，其中該合併步驟進一步包含添加一 添加劑。 14 200930681 15. 如請求項14所述之方法，其中該添加劑包含再煅燒抑制劑、 黏合劑、黏著劑、分散助劑、流平或非流平劑、增稠劑、殺 菌劑、殺真菌劑、pH調整劑、著色劑、強化材料、抗燃劑、 防水劑、填料及其混合物。 16. 如請求項9所述之方法，其中該成型步驟包含將該漿料倒至 一飾面材料（facing material )上。 17. 如請求項9所述之方法，其中該水對硫酸鈣半水合物之比係 至少1 : 1。 ❹

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