低重量和密度的耐火石膏面板制造技術

本發明專利技術涉及低重量和密度的耐火石膏面板。本發明專利技術提供一種具有足以提供至少17.0分鐘的隔熱指數的耐火能力的約5/8英寸至3/4英寸厚的低重量低密度石膏面板，在所選實施例中，當經受U419測試工序時，其在至少30分鐘內不會破壞，所述石膏面板也具有顯著的耐水性。

【技術實現步驟摘要】
本申請是申請日為2012年2月24日、申請號為201280017800.3、專利技術名稱為“低重量和密度的耐火石膏面板”的專利技術專利申請的分案申請。相關專利申請的交叉引用本部分繼續申請要求2010年6月7日提交的在先美國專利申請No.12/795,125的權益，所述美國專利申請No.12/795,125為2006年6月7日提交的美國專利申請No.11/449,177的延續申請，所述美國專利申請No.11/449,177要求2005年6月9日提交的美國臨時專利申請No.60/688,839的優先權，并于2010年6月8日授權為美國專利No.7,731,794，所述專利的全部內容以引用方式并入本文。
如上引用的在先申請涉及制備包含含磷酸鹽的組分、預膠化淀粉和萘磺酸鹽分散劑的石膏漿料的方法，以及通過所述方法制得的產品。所述在先申請也涉及通過將含磷酸鹽的組分、預膠化淀粉和萘磺酸鹽分散劑引入用于制備面板的漿料中，從而增加低重量和密度的石膏面板的干強度的方法。
技術介紹
諸如石膏面板的常規含石膏的產品具有許多優點，如低成本和易加工性，盡管當切割或鉆孔產品時可產生大量的石膏粉塵。在在先申請中已通過將淀粉和其他成分引入用于制備這種產品的漿料中而在制備含石膏的產品中實現了各種改進。淀粉可增加含石膏的產品(包括石膏面板)的撓曲強度和壓縮強度。通常必要的是在含有預膠化淀粉的石膏漿料中使用大量的水，以確保漿料的適當流動性。遺憾的是，所述水的大部分必須最終通過加熱而去除，由于在加熱過程中所用的燃料的高成本，這是昂貴的。加熱步驟也是耗時的。如在先申請中所說明，已發現萘磺酸鹽分散劑的使用可增加漿料的流動性，因此克服了水需求的問題。另外，也發現如果萘磺酸鹽分散劑的使用量足夠高，則其可交聯至預膠化淀粉以在干燥之后結合石膏晶體，由此增加石膏復合材料的干強度。在過去未認識到含磷酸鹽的組分會影響石膏漿料的水需求。然而，如在在先申請中所說明，本專利技術人發現，在特定分散劑的存在下將含磷酸鹽的組分的量增加至至今為止的水平有可能使用出乎意料的降低量的水而獲得適當的漿料流動性，甚至在高淀粉量的存在下。當然，這是高度有利的，因為這轉而降低了燃料使用，并降低了與隨后的水去除處理步驟相關的處理時間。本專利技術人也發現，可通過在用于制備面板的漿料中使用萘磺酸鹽分散劑以及預膠化淀粉來增加石膏面板的干強度。在先申請的專利技術包括石膏面板，所述石膏面板包括在兩個基本上平行的覆蓋片材之間形成的凝固石膏組合物，所述凝固石膏組合物為使用水、灰泥、預膠化淀粉、萘磺酸鹽分散劑和任選的水溶性磷酸鹽(優選三偏磷酸鈉)的含石膏的漿料制得的凝固石膏組合物。該石膏面板具有高強度，以及比常規石膏面板低得多的重量。另外，在切割、鋸切、折斷或鉆孔根據該實施例制得的面板時產生少得多的粉塵。在先申請的專利技術的另一實施例包括一種制備石膏面板的方法，所述方法包括混合包含水、灰泥、預膠化淀粉和萘磺酸鹽分散劑的含石膏的漿料，其中所述預膠化淀粉以至少約0.5重量％直至約10重量％的量(以灰泥重量計)存在。將所得含石膏的漿料沉積于第一紙質覆蓋片材，并將第二紙質覆蓋片材置于經沉積的漿料上以形成石膏面板。在含石膏的漿料充分硬化以用于切割之后，切割石膏面板，并干燥所得石膏面板。含石膏的漿料可任選地包含含磷酸鹽的組分，例如三偏磷酸鈉。其他常規成分也可在漿料中使用，視情況包括促進劑、粘結劑、紙纖維、玻璃纖維和其他已知成分。通常添加肥皂泡沫以降低最終石膏面板產品的密度。本專利技術通常涉及具有良好的隔熱性質、良好的耐熱收縮性、良好的耐火性，以及(在本專利技術的一些方面)良好的耐水性的低重量和密度的石膏面板。在建筑和其他建造應用中所用的石膏面板(如石膏墻板或天花板面板)通常包括具有由紙、玻璃纖維或其他合適的材料制成的覆蓋片材的石膏芯。石膏面板通常通過如下方式制得：混合“灰泥”與水和其他成分以制備用于形成面板芯的漿料。如本領域通常理解，灰泥主要包括一種或多種形式的煅燒石膏，即經受脫水(通常通過加熱)以形成無水石膏或半水石膏(CaSO4·1/2H2O)的石膏。煅燒石膏可包括來自天然或合成來源的β半水合硫酸鈣、α半水合硫酸鈣、水溶性硫酸鈣無水石膏，或這些的任意者或全部的混合物。當將煅燒石膏引入用于形成面板芯的漿料中時，其開始水合過程，所述水合過程在石膏面板的形成過程中完成。當所述水合過程適當地完成時，其產生多種結晶形式的凝固石膏二水合物(即CaSO4·2H2O的形式)的通常連續的結晶基質。在面板的形成過程中，覆蓋片材通常作為連續幅材提供。石膏漿料作為流或帶在第一覆蓋片材上沉積。所述漿料以預定的大約厚度在第一覆蓋片材的整個寬度上鋪展，以形成面板芯。然后將第二覆蓋片材置于頂部上，從而將石膏芯夾在覆蓋片材之間，并形成連續面板。連續面板通常沿著輸送機傳輸，以允許所述芯繼續水合過程。當所述芯充分水合并硬化時，將其切割成一種或多種所需尺寸以形成單獨的石膏面板。然后將面板經過在足以完成水合過程并將面板干燥至所需游離水分水平(通常為相對較低的游離水分含量)的溫度下的窯爐。取決于所用的過程和面板的預期用途和其他考慮，可將包含石膏和其他添加劑的另外的漿料層、條或帶施用至第一和/或第二覆蓋片材，以為精制面板提供特定的性質，如硬化的邊緣或硬化的面板面。類似地，可在過程中的一個或多個位置處將泡沫添加至石膏芯漿料和/或其他漿料條或帶，以在石膏芯或精制面板的芯的部分內提供氣穴分布。取決于所需面板尺寸、覆蓋層組成、芯組成等，可切割和加工所得面板以用于多種應用中。取決于石膏面板的預期用途和應用，石膏面板的厚度通常為約1/4英寸至約1英寸。面板可應用于多種用于形成墻、天花板和使用一種或多種緊固元件(如螺釘、釘子和/或粘合劑)的其他類似系統的結構元件中。如果精制石膏面板暴露于相對較高的溫度，如通過高溫火焰或氣體制得的那些石膏面板，則石膏芯的部分可吸收足夠的熱量以使水從芯的石膏二水合物晶體中釋放。熱量吸收以及水從石膏二水合物中釋放可足以將通過面板或面板內的熱傳遞延遲一段時間。在某些高溫水平下，高溫火焰或氣體也可導致石膏芯中的相變以及結晶結構的重排。這種溫度還可導致石膏芯晶體結構中的鹽和雜質的熔化或其他絡合。另外，取決于熱源溫度和暴露時間，由于這種高溫火焰或氣體所導致的由石膏芯吸收的熱量可足以再煅燒芯的部分。更具體地，當加熱至212°F(100℃)時，石膏芯經歷分解反應，其中根據如下等式1，在石膏轉化為半水合物時，75％的結晶水作為蒸汽被去除：CaSO4·2H2O→CaSO4·1/2H2O+1 1/2H2O [1]進一步加熱至250°F(120℃)去除了剩余的結晶水，同時半水合物轉化為無水石膏(其為硫酸鈣)，(等式2)：CaSO4·1/2H2O→CaSO4+1/2H2O [2]到芯到達392°F(200℃)的時候，所有石膏轉化為無水石膏相。這些轉變溫度為大概的，并可隨著石膏中的雜質或添加劑而變化。推動反應[1]和[2]所需的脫水熱量總共為390Btu/lb(906kJ/kg)。由相變反應所吸收的所述能量以及由產生的蒸汽所帶走的熱量充當實質受熱器，并產生石膏作為防火材料的許多獨特品質。例如，將石膏從75°F加熱至400°F(24至204℃本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種石膏面板，其包括：設置于兩個覆蓋片材之間的凝固石膏芯，所述凝固石膏芯由包含至少水、灰泥和預膠化淀粉的漿料形成；所述預膠化淀粉具有以灰泥重量計約0.5重量％至約10重量％的量，并且相對于不含預膠化淀粉的石膏組合物有效增加石膏組合物的芯硬度；所述灰泥具有至少約700lb/MSF的量，且所述灰泥和水至少具有有效形成結晶基質的量，所述結晶基質基本上具有石膏二水合物；當所述石膏面板為約0.625英寸厚時，所述石膏面板具有約27至約32lb/ft3范圍內的密度、至少約11lb的根據ASTM?C473?09的平均芯硬度、以及至少約17分鐘的隔熱指數。

【技術特征摘要】
2011.02.25 US 13/035,8001.一種石膏面板，其包括：設置于兩個覆蓋片材之間的凝固石膏芯，所述凝固石膏芯由包含至少水、灰泥和預膠化淀粉的漿料形成；所述預膠化淀粉具有以灰泥重量計約0.5重量％至約10重量％的量，并且相對于不含預膠化淀粉的石膏組合物有效增加石膏組合物的芯硬度；所述灰泥具有至少約700lb/MSF的量，且所述灰泥和水至少具有有效形成結晶基質的量，所述結晶基質基本上具有石膏二水合物；當所述石膏面板為約0.625英寸厚時，所述石膏面板具有約27至約32lb/ft3范圍內的密度、至少約11lb的根據ASTM C473-09的平均芯硬度、以及至少約17分鐘的隔熱指數。2.一種石膏面板，其包括：設置于兩個覆蓋片材之間的凝固石膏芯，所述凝固石膏芯由包含至少水、灰泥和預膠化淀粉的漿料形成；所述預膠化淀粉具有以灰泥重量計約0.5重量％至約10重量％的量，并且相對于不含預膠化淀粉的石膏組合物有效增加石膏組合物的芯硬度；所述灰泥具有至少約700lb/MSF的量，且所述灰泥和水至少具有有效形成結晶基質的量，所述結晶基質基本上具有石膏二水合物；所述石膏面板具有約27至約32lb/ft3范圍內的密度和至少約11lb的根據ASTM C473-09的平均芯硬度，且使得當約0.625英寸厚的石膏面板(a)位于根據UL設計號U419構筑的組件中，在所述組件的第一側上具有單層的石膏面板，且在所述組件的第二側上具有單層的石膏面板，所述組件的第一側上的石膏面板的表面在根據ASTM標準E119-09a的時間-溫度曲線的溫度下被加熱，設置所述石膏面板以抑制熱傳遞通過所述組件時，或(b)位于根據UL設計號U305構筑的組件中，在所述組件的第一側上具有單層的石膏面板，且在所述組件的第二側上具有單層的石膏面板，所述組件的第一側上的石膏面板的表面在根據ASTM標準E119-09a的時間-溫度曲線的溫度下被加熱，設置所述石膏面板以抑制熱傳遞通過所述組件時，在約30分鐘后，最大單個溫度傳感器的值為小于約415℉。3.根據權利要求2所述的石膏面板，其中當所述石膏面板為約0.625英寸厚時，所述石膏面板具有至少約17分鐘的隔熱指數。4.根據權利要求1或2所述的石膏面板，其中當所述石膏面板為約0.625英寸厚時，所述石膏面板具有至少約25分鐘的隔熱指數。5.根據權利要求1～4任一項所述的石膏面板，其中所述石膏面板具有約27至約31lb/ft3范圍內的密度。6.根據權利要求1～5任一項所述的石膏面板，其中所述石膏面板在x-y方向顯示出約10％或更小的高溫收縮率。7.根據權利要求1～6任一項所述的石膏面板，其中所述石膏面板具有約5重量％或更小的吸水率，所述吸水率根據ASTM標準C473-09測定。8.根據權利要求1～7任一項所述的石膏面板，其中所述漿料還包括以灰泥重量計約0.1重量％至約0.3重量％的量的至少礦物纖維、玻璃纖維或碳纖維或者它們的組合。9.根據權利要求1～8任一項所述的石膏面板，其中所述預膠化淀粉具有以灰泥重量計約1重量％至約10重量％的量。10.根據權利要求1～9任一項所述的石膏面板，其中所述預膠化淀粉具有以灰泥重量計約2重量％至約10重量％的量。11.根據權利要求1～10任一項所述的石膏面板，其中所述漿料還包括以灰泥重量計約0.12重量％至約0.4重量％的量的三偏磷酸鈉。12.根據權利要求1～11任一項所述的石膏面板，其中所述覆蓋片材中的至少一個包含紙覆蓋片材，所述紙覆蓋片材具有約48至約60lb/MSF的重量。13.根據權利要求2所述的石膏面板，其中當所述石膏面板位于根據UL設計號U419構筑的組件中，在所述組件的第一側上具有單層的石膏面板，且在所述組件的第二側上具有單層的石膏面板，所述組件的第一側上的石膏面板的表面在根據ASTM標準E119-09a的時間-溫度曲線的溫度下被加熱，設置所述石膏面板以抑制熱傳遞通過所述組件時，在約30分鐘后，最大單個溫度傳感器的值為小于約415℉。14.根據權利要求13所述的石膏面板，其中所述組件中的石膏面板有效抑制熱傳遞通過所述組件，使得在約30分鐘的經過時間時在未受熱的第二側的表面上的平均傳感器溫度小于約340℉。15.根據權利要求2所述的石膏面板，其中當所述石膏面板位于根據UL設計號U305構筑的組件中，在所述組件的第一側上具有單層的石膏面板，且在所述組件的第二側上具有單層的石膏面板，在所述組件的第一側上的石膏面板的表面在根據ASTM標準E119-09a的時間-溫度曲線的溫度下被加熱，設置所述石膏面板以抑制熱傳遞通過所述組件時，在約30分鐘后，最大單個溫度傳感器的值為小于約415℉。16.根據權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：余強，W·D·宋，S·維拉瑪斯納尼，W·欒，
申請(專利權)人：美國石膏公司，
類型：發明
國別省市：美國;US