CN101193833A - 用改性剂和分散剂制造石膏浆液的方法 - Google Patents

用改性剂和分散剂制造石膏浆液的方法 Download PDF

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Abstract

在制造石膏浆液的方法中，选择聚羧酸系物分散剂、改性剂和包含灰泥的水硬材料用于所述浆液中。随后将这些组分与水组合以形成浆液，其中在由所述水、所述灰泥和所述分散剂形成浆态相之前，将所述改性剂加到所述浆液中。经证实，当在所述分散剂和所述灰泥已在水性浆液中接触之后加入所述改性剂时，其将具有较小功效。在优选实施例中，获得一定量的灰泥并且对所述改性剂和所述分散剂进行选择。在水中制备预先溶解的分散剂和改性剂的溶液以在加入所述灰泥前形成溶液。混合所述溶液后，加入所述灰泥以形成所述浆液。视情况，随后使所述浆液成形为产品并且使其凝固。

Description

用改性剂和分散剂制造石膏浆液的方法
相关申请案的交叉参考
本申请案为2005年6月14日申请的标题为“Method of Making a Gypsum Slurry withModifiers and Dispersants”的美国第11/152,323号的部分接续案，所述专利是以引用的方式并入本文中。
本申请案涉及共同待决的标题为“Fast Drying Wallboard”的美国专利申请案第11/152,661号；标题为“Gypsum Products Utilizing a Two-Repeating Unit Dispersant andProcess for Making Them”的美国专利申请案第11/152,418号；标题为“Modifiers forGypsum Products and Methods of Using Them”的美国专利申请案第11/152,317号；和标题为“Effective Use of Dispersants in Wallboard Containing Foam”的美国专利申请案第11/152,404号；所有专利都于2005年6月14日申请并且都是以引用的方式并入本文中。
本申请案涉及共同待决的标题为“Gypsum Products Utilizing a Two-Repeating UnitDispersant and Process for Making Them”的美国专利申请案第11/xxx,xxx号(代理人参考案号2033.75332)；标题为“Modifiers for Gypsum Products and Methods of Using Them”的美国专利申请案第11/xxx,xxx号(代理人参考案号2033.75338)；和标题为“EffectiveUse of Dispersants in Wallboard Containing Foam”的美国专利申请案第11/xxx,xxx号(代理人参考案号2033.75341)；所有专利都是同时申请并且都是以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种使用改性剂和聚羧酸系物分散剂制造石膏产品的方法。更具体来说，本发明涉及以特定次序加入分散剂和改性剂制造石膏浆液和石膏面板。
背景技术
通常将石膏基建筑产品用于建筑行业。由石膏制成的石膏面板为阻燃性的并且可用于构筑几乎任何形状的墙壁。石膏面板主要用作内壁和天花板产品。石膏还具有隔音特性。当其损坏时，相对易于修补或更换。现有多种可施用于石膏面板的装饰性材料，包括油漆和墙纸。即使具有所有这些优势，其仍然是相对廉价的建筑材料。
引起合理的石膏面板成本的一个原因在于，其可通过快速且有效的方法来制造。使用包括半水合硫酸钙和水在内的浆液形成芯部，并且将其连续沉积于在混合器下移动的纸制盖板上。将第二个纸盖板施用于其上并且使所得组件成形为面板的形状。半水合硫酸钙与足量的水反应以将所述半水合物转化成二水合硫酸钙晶体的联锁基质，从而使其凝固并且变牢固。将由此形成的连续条带传送于传动带上直到煅烧石膏凝固，并且此后对所述条带进行切割以形成具有所需长度的板，将所述板传送通过干燥炉以去除过量的水分。由于这些步骤中的每一个步骤只需数分钟，故任一加工步骤的较小改变都会导致生产工艺的总效率低下。
所加入的形成浆液的水量将超过完成水合反应所需的水量。加到石膏浆液中的部分水用于水合经煅烧石膏(也称为半水合硫酸钙)，以形成二水合硫酸钙晶体的联锁基质。过量的水将使浆液具有足够的流动性以流出混合器并且流入待成形为适当宽度和厚度的饰面材料。当产品潮湿时，其极重而无法移动并且相对易碎。通过蒸发将过量的水从板中去除。如果在室温下蒸发过量的水，那么在使其经空气干燥时，将需要较大的空间来堆叠和存储石膏面板或需要具有足够长的传送带以提供适当的干燥时间。当所述板凝固并且相对干燥时，其仍有点易碎，因此必须防止其被碾碎或损坏。
为能够在相对较短的时间内干燥所述板，通常通过在例如烘箱或干燥炉中在高温下蒸发额外的水来使石膏面板产品干燥。建造干燥炉并且在高温下进行操作相对昂贵，特别是在矿物燃料成本上涨时更是如此。降低生产成本可以通过减少存在于凝固石膏面板中的随后需通过蒸发去除的过量的水来实现。
另一个减少水的原因在于，石膏产品的强度与制造全密度产品所使用的水量成反比。当蒸发过量的水时，将在基质中留下曾经被水所占据的孔隙。在使用大量水来使石膏浆液流态化的情况下，当所述石膏浆液完全干燥时，在产品中将存留较多且较大的孔隙。这些孔隙将降低成品(诸如灌注地板)的产品密度和强度。
已知将分散剂用于石膏中将有助于使水和半水合硫酸钙的混合物流态化，从而只需较少水来制成可流动浆液。众所周知萘磺酸盐分散剂，但其具有有限的功效。通常将聚羧酸系物分散剂用于水泥中，并且在较低程度上，用于石膏。由术语“聚羧酸系物分散剂”表示的化合物类别极大，并且很难预知个别化合物在不同介质中会如何反应。
可将改性剂加到石膏浆液中以增加分散剂的功效。包括硅酸盐和碳酸盐在内的盐是特别有效的改性剂。更具体来说，生石灰、石灰和苏打粉对于聚羧酸醚分散剂特别有效。改性剂已较为详细地公开于先前以引用方式并入的共同待决的标题为“Modifiers forGypsum Products and Methods of Using Them”的美国专利申请案第11/152,317号(代理人参考案号2033.72739)中。
然而，已发现，用于制造石膏、分散剂和改性剂的混合物的方法不会始终如一地制造出高流动性浆液。在一些情况中，分散剂的功效明显增加，但在其它情况中，相同的组分组合对浆液的流动性具有极少影响。无法预知浆液的流动性将导致分散剂用量增加以确保能实现最低的流动性。在分散剂为最昂贵的组分之一的工艺中，分散剂过量将会以较快速度不必要地增加产品成本。
聚羧酸系物分散剂的另一特性为其趋于使石膏浆液凝固延缓。如果使用高剂量的分散剂来提供不可预测的分散剂功效，那么在某些产品(诸如石膏面板)无法在当前的高速设备上生产的情况下，可能会在一定程度上延缓凝固。
因此，需要一种在不使用过量分散剂的情况下始终如一地产生高流动性混合物的制造石膏浆液的方法，和由所述方法制造的产品。使用所述方法将在使用昂贵分散剂的情况下也能够保持合理的成本，并且使浆液的凝固延缓减至最小。
发明内容
通过本方法将解决这些问题和其它问题，所述方法能够由石膏、分散剂和改性剂始终如一地制造出高流动性浆液。
更具体来说，在制造石膏浆液的方法中，选择聚羧酸系物分散剂、改性剂和包含灰泥的水硬材料用于所述浆液中。随后将这些组分与水组合以形成浆液，其中在由水、灰泥和分散剂形成浆态相之前，将改性剂加到所述浆液中。经证实，当在分散剂和灰泥已与水性浆液接触之后加入改性剂时，其将具有较小功效。
在优选实施例中，获得一定量的灰泥并且对改性剂和分散剂进行选择。在水中制备预先溶解的分散剂和改性剂的溶液以形成溶液，随后加入灰泥。混合所述溶液后，加入灰泥以形成浆液。视情况，随后使所述浆液成形为产品并且使其凝固。
所述将改性剂、分散剂、灰泥和水组合的方法与使用改性剂达到其最佳优势保持一致。如果浆液始终如一地具有流动性，那么无需使用高分散剂剂量来确保具有足够流动性的混合物以易于灌注。会损失不符合规范的少量产品。分散剂剂量的降低会使分散剂的成本降低并且改进产品的凝固时间。
附图说明
无
具体实施方式
这些和其它问题可通过本发明改进，本发明包括一种通过以特定次序将水、聚羧酸系物分散剂、改性剂和半水合硫酸钙组合来制成所述组分的浆液的方法。如下文将较为详细地论述，改性剂为增强分散剂功效的添加剂。
已发现，如果在将改性剂暴露于分散剂之前，将半水合硫酸钙或灰泥暴露于分散剂，那么将使所述改性剂具有较小功效。优选将改性剂和分散剂预先溶解于定量水中，形成溶液。在该情况下，改性剂和分散剂是以任何次序依次或基本同时加入。形成溶液后，将灰泥与所述溶液混合，从而使灰泥同时暴露于分散剂与改性剂。
在另一实施例中，将改性剂与一部分定量水混合以形成改性剂浆液。随后，将改性剂浆液同时或依次与剩余的定量水和分散剂混合，以形成这三种组分的溶液。在任一情况中，都是在引入干组分之前，将改性剂与分散剂掺合于定量水中。
在另一优选实施例中，如果分散剂与改性剂都为干燥或粉末形式，那么将改性剂和分散剂与灰泥组合，随后将所有干组分同时加到水中。或者，将改性剂预先溶解于水中，同时将分散剂加到灰泥中以制得分散剂-灰泥混合物。随后，将分散剂-灰泥混合物加到在水中预先溶解的改性剂中。这些实施例在优选粉末状分散剂的情况下特别有利。
在其它实施例中，由于同时加入改性剂和分散剂，故在加入改性剂之前，分散剂并没有机会与灰泥在水中相互作用。
灰泥(也称为半水合硫酸钙或煅烧石膏)是以至少50％的干材料的量存在。优选灰泥的量为至少80％。在许多石膏调配物中，干组分材料为超过90％或甚至95％的半水合硫酸钙。煅烧方法并不重要，并且α或β煅烧灰泥都极为适合。还涵盖使用硫酸钙无水石膏和/或二水合硫酸钙，但优选其为小于20％的较少量。
不同来源的灰泥包括不同量和不同类型的盐和杂质。本发明的浆液在半水合硫酸钙具有较小浓度的天然存在的盐时最为有效。低盐灰泥定义为具有小于300ppm(parts permillion)的可溶性盐的灰泥。包括具有至少600ppm可溶性盐的灰泥在内的高盐含量灰泥极有可能会干扰改性剂的作用。灰泥(诸如见于Southard，OK、Little Narrows，NovaScotia、Fort Dodge，IA、Sweetwater，TX、Plaster City，CA或许多其它地方的矿床中的灰泥)适用于本浆液中。
在本发明的一些实施例中，石膏浆液中包括添加剂以改变成品的一种或一种以上特性。添加剂是以所属领域已知的方式和量使用。通常，这些添加剂和其它添加剂为固体、粉末或颗粒的形式，并且在混合浆液之前将其加到干组分中。浓度是以每1000平方英尺(“MSF”)成品板的量记录。
为石膏浆液的特定应用所特有，还将额外的添加剂加到所述浆液中。加入缓凝剂(多达约2lb/MSF(9.8g/m2))或干燥加速剂(多达约35lb/MSF(170g/m2))以改变发生水合反应的速率。“CSA”是一种凝固加速剂，其包含与5％糖共研磨并且加热到250(121℃)以使糖焦糖化的95％的二水合硫酸钙。CSA购自USG Corporation，Southard，OK plant并且根据以引用的方式并入本文中的美国专利第3,573,94号制造。硫酸钾为另一种优选的加速剂。HRA为与糖以每100磅二水合硫酸钙约5到25磅糖的比率新鲜研磨的二水合硫酸钙。其在美国专利第2,078,199号中得以进一步描述，所述专利是以引用的方式并入本文中。这两种物质都为优选的加速剂。
称为湿石膏加速剂的另一种加速剂也为优选的加速剂。关于湿石膏加速剂的用途和其制造方法的描述公开于美国专利第6,409,825号中，其是以引用的方式并入本文中。这种加速剂包括至少一种选自由有机膦化合物、含磷酸盐化合物或其混合物组成的群组的添加剂。这种特别的加速剂展现出相当长的寿命并且随时间变化仍保持其有效性，因此能够制造所述湿石膏加速剂，在使用前可将其存储并且甚至将其运输一段较长的距离。湿石膏加速剂是以在每1000平方英尺板产品约5到约80磅(24.3到390g/m2)范围内的量使用。
淀粉是以约3到约20lbs/MSF(15.6到97.6g/m2)的量使用以增加粘结强度并强化产品。视情况向浆液中加入多达11lb/MSF(54g/m2)的量的玻璃纤维。还将多达11lb/MSF(53.7g/m2)的纸纤维加到浆液中。向石膏浆液中加入多达90lb/MSF(0.439g/m2)的量的蜡乳液以改进成品石膏板的耐水性。
在使用发泡剂以在含凝固石膏产品中产生孔隙从而提供较轻的重量的本发明的实施例中，可使用已知可用于制备泡沫凝固石膏产品的任何常规发泡剂。许多这类发泡剂已众所周知并且易于购得，例如GEO Specialty Chemicals，Ambler，PA的HYONIC系列肥皂产品。用于制备泡沫石膏产品的泡沫和优选方法公开于美国专利第5,683,635号中，所述专利是以引用的方式并入本文中。如果将泡沫加到产品中，那么视情况使聚羧酸系物分散剂在工业用水与泡沫水之间分配，随后其加入半水合硫酸钙中。将灰泥、改性剂和分散剂组合的这种优选方法公开于先前以引用的方式并入的标题为“Method ofControlling Core Properties in Wallboard”的美国专利申请案第11/152,404号中。
在一些实施例中，将三偏磷酸盐化合物加到石膏浆液中以增强产品的强度并且降低凝固石膏的抗下垂性(sag resistance)。优选三偏磷酸盐化合物的浓度以煅烧石膏的重量计为约0.07％到约2.0％。包括三偏磷酸盐化合物在内的石膏组合物公开于美国专利第6,342,284号和第6,632,550号中，两项专利都是以引用的方式并入本文中。示范性三偏磷酸盐包括三偏磷酸钠盐、钾盐或锂盐，诸如购自Astaris，LLC，St.Louis，MO的盐。当使用三偏磷酸盐和石灰或增加浆液pH值的其它改性剂时，必须小心操作。在高于约9.5的pH值下，三偏磷酸盐增强产品的能力有所降低，并且使浆液严重延缓。
石膏面板的其它可能添加剂为杀生物剂以减少霉、霉菌或真菌的生长。视所选择的杀生物剂和石膏面板的预期用途而定，可将杀生物剂加到饰面、石膏芯部或二者中。杀生物剂的实例包括硼酸、羟基吡啶硫酮盐和铜盐。可将杀生物剂加到饰面或石膏芯部中。当使用时，杀生物剂是以小于约500ppm的量用于饰面中。
此外，石膏组合物视情况可包括淀粉，诸如预胶质化淀粉或经酸改性的淀粉。包括预胶质化淀粉将会增加凝固且干燥的石膏模的强度，并且在水分增加(例如，对于高的水与煅烧石膏比率来说)的条件下使墙板中纸分层的风险最小化或能够使该风险得以避免。在浇注型石膏产品中，淀粉将改进产品的表面硬度。所属领域技术人员将了解在至少约185(85℃)的温度下的水中预胶质化生淀粉(例如，烹饪用生淀粉)的方法或其它方法。预胶质化淀粉的适当实例包括(但不限于)购自Lauhoff Grain Company的PCF 1000淀粉，和都购自Archer Daniels Midland Company的AMERIKOR 818和HQMPREGEL淀粉。如果包括预胶质化淀粉，那么所述预胶质化淀粉是以任何适当的量存在。举例来说，如果包括预胶质化淀粉，那么可将其加到用于形成凝固石膏组合物的混合物中，因此所述预胶质化淀粉以凝固石膏组合物的重量计是以约0.5％到约10％的量存在。对于芯部强度来说，还视情况加入淀粉，诸如USG95(United States Gypsum Company，Chicago，IL)。
多种分散剂可用于本发明中。聚羧酸系物分散剂是一类优选的分散剂。更优选为聚羧酸醚分散剂。当用于石膏面板和其它高灰泥含量的浆液中时，对使浆液流态化仅具最小功效的聚羧酸醚分散剂往往对改性剂最具反应性。
浆液中所使用的一类优选的分散剂包括两个重复单元。其进一步描述于共同待决的2005年6月14日申请的标题为“Gypsum Products Utilizing a Two-Repeating UnitDispersant and Process for Making Them”的美国专利申请案第11/152,418号(代理人参考案号2033.72740)和同时申请的标题为“Gypsum Products Utilizing a Two-RepeatingUnit Dispersant and Process for Making Them”的美国专利申请案第11/xxx,xxx号(代理人参考案号2033.75332)，两项专利都于先前以引用的方式并入本文中。这些分散剂为Degussa Construction Polymers，GmbH(Trostberg Germany)的产品并且是由Degussa Corp.(Kennesaw，GA)(在下文中称为“Degussa”)提供，且在下文中称为“PCE211型分散剂”。
第一个重复单元为烯系不饱和单羧酸重复单元、其酯或盐，或烯系不饱和硫酸重复单元或其盐。优选的重复单元包括丙烯酸或甲基丙烯酸。单价盐或二价盐都适于取代酸基中的氢。所述氢还可经烃基置换以形成酯。
第二个重复单元满足式I，
Figure S2006800202755D00071
其中R1为式I的烯基，
Figure S2006800202755D00072
参看式I，烯基重复单元视情况在聚合物主链与醚键之间包括C1到C3烷基。p的值为0到3的整数，包括边界在内。优选p为0或1。R2为氢原子或脂肪族C1到C5烃基，其可为直链、支链、饱和或不饱和烃基。
式II的聚醚基团含有多个由氧原子连接的C2-C4烷基，包括至少两个不同的烷基。m和n为2到4的整数，包括边界在内，优选m和n中至少一个为2。x和y为55到350的整数，包括边界在内。z的值为0到200，包括边界在内。R3为未经取代或经取代芳基且优选苯基。R4为氢或脂肪族C1到C20烃基、环脂族C5到C8烃基、经取代C6到C14芳基或符合式III(a)、III(b)和III(c)中至少一个的基团：
Figure S2006800202755D00073
在以上式中，R5和R7彼此独立地表示烷基、芳基、芳烷基或烷基芳基。R6为二价烷基、芳基、芳烷基或烷基芳基。
PCE211型分散剂中特别有用的分散剂称为PCE211(在下文中称为“211”)。这一系列中已知可用于石膏面板的其它聚合物包括PCE111。
PCE211型分散剂的分子量优选为约20,000到约60,000道尔顿(Dalton)。意外地是，已发现较低分子量的分散剂引起比分子量高于60,000道尔顿的分散剂短的凝固时间延缓。一般说来，导致总分子量增加的较长侧链长度会提供较好的可分散性。然而，用石膏进行的试验表明，当分子量高于60,000道尔顿时，分散剂的功效将降低。
可用于本发明中的另一类聚羧酸系物化合物公开于以引用的方式并入本文中的美国专利第6,777,517号中，并且在下文中称为“2641型分散剂”。2641型分散剂于石膏浆液和墙板中的用途还另外描述于先前以引用方式并入的标题为“Fast Drying GypsumProducts”(代理人参考案号2033.72380)的美国专利申请案第11/152,661号中。
2641型分散剂优选包括式IV(a)、IV(b)和IV(c)中所示的至少三个重复单元：
Figure S2006800202755D00081
在这种情况下，存在丙烯酸和顺丁烯二酸重复单元，将得到较高的酸基与乙烯基醚基团比率。R1表示氢原子或具有1到20个碳原子的脂肪族烃基。X表示OM，其中M为氢原子、单价金属阳离子、铵离子或有机胺基。R2可为氢、具有1到20个碳原子的脂肪族烃基、具有6到14个碳原子的环脂族烃基，所述基团可经取代。R3为氢或具有1到5个碳原子的脂肪族烃基，所述烃基视情况为直链或支链、饱和或不饱和烃基。R4为氢或甲基，这取决于结构单元为丙烯酸还是甲基丙烯酸。p可为0到3。m为2到4的整数，包括边界在内，且n为0到200的整数，包括边界在内。一些优选的2641型分散剂是由Degussa以MELFLUX 2641F、MELFLUX 2651F和MELFLUX 2500L分散剂进行销售。(MELFLUX为Degussa Construction Polymers，GmbH，Trstberg，Germany的注册商标。)
另一优选的分散剂家族也是由Degussa所销售并且称为“1641型分散剂”。这种分散剂已在美国专利第5,798,425号中加以描述，所述专利是以引用的方式并入本文中。特别优选的1641型分散剂以式V表示，并且由Degussa以MELFLUX 1641F分散剂进行销售。这种分散剂主要是由两个重复单元构成，其中一个为乙烯基醚且另一个为乙烯基酯。式V所示的1641型分散剂的实例中，m和n为各组分重复单元的摩尔比，所述重复单元可沿聚合物链随机定位。
Figure S2006800202755D00091
这些分散剂特别适用于石膏。不希望受理论束缚，但相信，酸重复单元与石膏晶体结合，而第二个重复单元的聚醚长链执行分散功能。由于其具有比其它分散剂低的延缓性，故其对于石膏产品(诸如石膏面板)的制造过程具有较少破坏性。这种分散剂是以任何有效的量使用。在很大程度上，所选择的分散剂的量视浆液的所需流动性而定。当水量减少时，需要较多的分散剂来维持恒定的浆液流动性。由于聚羧酸系物分散剂是相对昂贵的组分，故优选使用较少剂量，以石膏的干重计优选少于2重量％或更优选少于1重量％。优选以灰泥的干重计，分散剂是以约0.05％到约0.5％的量使用。更优选以灰泥的干重计，分散剂是以约0.05％到约0.2％的量使用。在测量液体分散剂时，在计算分散剂剂量时只考虑聚合物固体，但当计算水/灰泥比时，需考虑分散剂中的水。
可以相同的重复单元使用不同的重复单元分布制成多种聚合物。含酸重复单元比含聚醚重复单元的比率与电荷密度直接相关。优选共聚物的电荷密度在每克共聚物约300到约3000微当量电荷的范围内。已发现，在这类分散剂中，经减水试验证实最有效的分散剂MELFLUX 2651F具有最高的电荷密度。
然而，还发现，电荷密度的增加将进一步导致分散剂延缓作用的增加。具有低电荷密度的分散剂(诸如MELFLUX 2500L)比具有高电荷密度的MELFLUX 2651F分散剂延缓的凝固时间要短。由于凝固时间的延缓随用高电荷密度分散剂所获得的功效的增加而增加，所以制造具有低水量、良好的流动性和合理的凝固时间的浆液需要使电荷密度保持在中间范围内。共聚物的电荷密度更优选在每克共聚物约600到约2000微当量电荷的范围内。
石膏浆液还视情况包括一种或一种以上增强聚羧酸系物分散剂作用的改性剂。本文所使用的具两个重复单元的分散剂特别易于受改性剂的影响。优选的改性剂包括水泥、石灰(也称为生石灰或氧化钙)、消石灰(也称为氢氧化钙)、苏打粉(也称为碳酸钠)、碳酸钾(也称为苛性钾)和其它碳酸盐、硅酸盐、氢氧化物、膦酸盐和磷酸盐。当使用改性剂时，将提高分散剂的功效从而达成新的流动性水平，或可降低聚羧酸系物分散剂的量以降低聚羧酸系物的费用。有关改性剂和其用途的其它信息见于同时申请并且先前以引用的方式并入的标题为“Modifiers For Polycarboxylate Disperants”的美国专利申请案第11/152,317号中。
改性剂是以任何适当的量用于石膏浆液中。优选以干灰泥计，改性剂是以约0.01重量％到约2重量％的量使用。更优选地，改性剂是以约0.03％到约0.5％且甚至更优选约0.05％到约0.5％的量使用。
向浆液中加入任何量的制得可流动的浆液的水。将要使用的水量将根据需使用水的应用、所使用的确切分散剂、灰泥的特性和所使用的添加剂而显著变化。水与灰泥的比率(“WSR”)以灰泥的干重计优选为约0.1到约0.8。通常优选约0.2到约0.6的WSR。地板组合物优选使用约0.17到约0.45、优选约0.17到约0.34的WSR。可模制或可浇注产品优选使用WSR为约0.1到约0.3、优选约0.16到约0.25的的水。在实验室试验中，基于PCE211型分散剂的适度加入，WSR可降低到0.1或更低。
用于制造浆液的水应尽可能纯以最佳控制浆液与凝固石膏的特性。众所周知，盐和有机化合物会改变浆液的凝固时间，由加速剂到凝固抑制剂变化很大。当形成二水合物晶体的联锁基质时，一些杂质会导致结构的不规则，从而降低凝固产品的强度。因此，通过使用尽可能无污染的水来增强产品的强度和一致性。
在优选的墙板操作过程中，在传送带(conveyor)上将石膏移向混合器。在进入混合器之前，将干燥添加剂(诸如消泡剂或凝固加速剂)加到粉末状石膏中。通过单独管线将一些添加剂直接加到混合器中。在下文所述的实例中使用本方法加入三偏磷酸盐。还可将其它添加剂加到水中。这对于添加剂为液体形式的情况特别便利。对于大部分添加剂来说，对于将添加剂放到浆液中并无任何特殊要求，并且可使用任何便利设备或方法来加入所述添加剂。
然而，当使用本发明的分散剂时，在加入灰泥之前将分散剂加到水中就显得极为重要。当考虑其它来源的水时，以满足目标水与灰泥比率所需的速率将定量水或补充水加到混合器中。
需要时，可使用其它已知的添加剂以改变产品(诸如墙板、地板或浇注型产品)的特定特性。使用糖(诸如右旋糖)来改进板末端处纸的粘结。对于耐水性来说，可使用蜡乳液或聚硅氧烷。如果需要刚度，那么通常加入硼酸。通过加入蛭石和/或玻璃纤维可改进阻燃性能。这些添加剂和其它已知的添加剂都可用于本发明的浆液和石膏面板调配物中。
除非在随后的实例中另作指示，否则400克样本都是基于干组分制备。对所有干组分(包括聚集体)进行称重并且将其干拌掺合在一起。测量预定量的去离子水并将其倒入混料罐中。将干拌掺合的材料加到水中并且将此时的时间记录为开始点以测定凝固时间。将混料罐放到Hobart混合器上并且轻摇约5秒。浸泡1分钟后，以低速混合材料2分钟。将混料罐从混合器中移出，并且用搅拌器将内容物搅拌约15秒以确保所有材料都已均匀混合。
将最初坍落的样本倒入放在塑料板上的2″×4″(5cm×10cm)的潮湿圆筒中，略微溢出圆筒。从顶部刮平过多的材料，随后将圆筒平稳地提起，使浆液流出底部，形成饼。在成90°的两个方向上测量(±1/8″)所述饼，并且将平均值记录为饼的直径。
所提及的凝固时间是指根据ASTM C-472(以引用的方式并入本文中)的Vicat凝固时间。对于手工混合来说，Vicat凝固时间是从将石膏加入水中的时间开始；且对于机械混合来说，Vicat凝固时间是从浆液离开混合器的时间开始。样本是由50克无聚集体的干材料和充足的水构成以对所需应用具有标准稠度(normal consistency)。将样本倒于丙烯酸板上以形成饼。将300克Vicat针保持在所述饼的中心与外部边缘之间的中间处，与所述饼表面垂直。将针保持在所述饼表面并且放开以使其因其自身重量而自由落下。当针无法穿透饼底部时，测定凝固时间。如果穿透的程度无法确定，那么向针施加一点推力以确定其是否已碰触到底面。
实例I
本实例描述加入改性剂和分散剂的次序的重要性。在以下各试验中使用400克来自Southard，OK的灰泥、220克水、0.7克HRA凝固加速剂和0.89克包括45％固体的MELFLUX 2500L分散剂。另外，如下文所述，将0.6克苏打粉加到两个样本中。将水和分散剂加到水中，随后在所有情况下加入灰泥和改性剂(如果存在)。加入灰泥后，使混合物浸泡15秒，随后混合30秒以形成浆液。如下文所述加入改性剂。
条件1为对照样本，其中未加入苏打粉改性剂。在条件2中，将苏打粉加入混合水中，随后将灰泥加入水中。在条件3中，将灰泥加入混合水中之后加入苏打粉，然后在浸泡时间后立即开启混合器。
将所述三个加工条件中每一加工条件的饼的尺寸、变硬速率和Vicat凝固时间记录于表I中。
表I
条件 1 2 3
饼尺寸 19.5cm 27cm 24.8cm
变硬速率 2∶10 5∶50 5∶10
Vicat凝固 6∶10 10∶00 9∶30
条件2和3清楚地表明，与未加入改性剂相比，当加入改性剂和分散剂时，获得良好流动性。然而，在条件3中，将改性剂加入彼此接触的浆液中，然后引入灰泥。
实例2
在本比较性实例中，将石灰加入用于制造石膏面板的石膏浆液中并且导致流动性的极少改进。所有组分的量都以每1000平方英尺(104m2)石膏面板的磅数(“lbs/MSF”)表示。将1285磅灰泥与包括3磅淀粉、3磅工业葡萄糖和0.32磅(145克)缓凝剂的其它干组分组合。将象牙白的石灰(Ivory lime)与水预先混合并且通过邻近于灰泥入口的若干个注水孔中的一个将其直接加到混合器中。将分散剂Melflux 2500L直接加到定量水中并且掺合直到均匀，且随后通过邻近于灰泥入口的其余注水孔将混合物加到混合器中。将干组分与灰泥掺合，随后通过灰泥放流槽将其加到混合器中。
表II
样本 具有0.18％石灰 无石灰
HRA加速剂 32lbs/MSF 38.8lbs/MSF
水 831 855
WSR 0.65 0.67
如表II所示，在此过程中使用0.18％的石灰使水量适度降低。然而，水量降低并非几乎与实验室试验所示的那么大，且相信，由于改性剂是在PCE加入之前以其未能在灰泥中良好分散的方式加入，故使得改性剂与分散剂之间的相互作用受到限制。
实例3
进行工厂试验，借此将分散剂和改性剂都溶解于定量水中。将改性剂苏打粉溶解于水中以制得10重量％的溶液。将稀释到32％固体的3.9lbs/msf的Melflux 2500L加到定量水中，随后将11.3lb/msf苏打粉浆液加到定量水中，并且将所有组分混合以形成均匀溶液。将1257磅灰泥加到混合器中以形成石膏浆液。
表III
样本 具有0.1％苏打粉 无苏打粉
HRA加速剂 35lbs/MSF 29lbs/MSF
硫酸钾 0lbs/MSF 4lbs/MSF
水 861 965
WSR 0.69 0.77
如表III所示，在此过程中使用0.1％的苏打粉使水量明显降低。
尽管已展示和描述制造石膏、改性剂、分散剂和水的浆液的方法的特定实施例，但所属领域技术人员应了解，在不偏离本发明的较广泛方面和如以下权利要求中所述的本发明的情况下，可对本发明进行修改和变更。

Claims (23)

1.一种制造石膏浆液的方法，其包含：
获得一定量包含灰泥的干组分；
将改性剂和分散剂预先溶解于水中以形成溶液；和
将所述溶液与所述干组分混合以形成石膏浆液。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述预先溶解步骤中的所述改性剂包含由石灰、生石灰、硅酸盐、磷酸盐、膦酸盐和碳酸盐组成的群组中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述改性剂包含由碳酸钠、碳酸钾、氧化钙和硅酸钠组成的群组中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述预先溶解的步骤包含将所述改性剂和所述分散剂基本同时地加到所述水中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述预先溶解步骤中，所述改性剂是在所述分散剂之前加到所述水中。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述预先溶解步骤中的所述分散剂为聚羧酸醚分散剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述预先溶解步骤中的所述分散剂包含乙烯基醚重复单元。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述预先溶解步骤另外包含将所述改性剂与一部分所述水组合以形成改性剂浆液，随后将所述改性剂浆液和所述分散剂预先溶解于剩余部分的水中。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述干组分包含至少50重量％的灰泥。
10.一种制造石膏产品的方法，其包含：
获得一定量包含灰泥的干组分；
将改性剂和分散剂预先溶解于水中以形成溶液；
将所述溶液与所述干组分混合以形成石膏浆液；
使所述石膏浆液成形为产品；和
使所述浆液凝固。
11.根据权利要求10所述的方法，其另外包含在干燥炉中干燥所述产品。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述干组分包含至少50重量％的灰泥。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述产品为石膏面板。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述成形步骤另外包含将所述浆液夹于两片饰面材料之间。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述分散剂包含丙烯酸重复单元和乙烯基醚重复单元。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述分散剂包含聚羧酸醚。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述干组分另外包含选自由强度增强剂、凝固加速剂、缓凝剂、淀粉、纤维和杀生物剂组成的群组的至少一种。
18.一种制造石膏浆液的方法，其包含：
选择聚羧酸系物分散剂、改性剂和包含灰泥的水硬材料；和
将所述聚羧酸系物分散剂、所述改性剂、所述水硬材料和水组合在一起以形成浆液，其中在由所述水、所述灰泥和所述分散剂形成所述浆态相之前将所述改性剂加到所述水、所述灰泥和所述分散剂中的至少一种中。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述分散剂为干燥形式，并且所述组合步骤另外包含将所述改性剂预先溶解于所述水中，并将所述分散剂加到所述灰泥中以制成灰泥-分散剂混合物，随后将所述灰泥-分散剂混合物加到所述在水中预先溶解的改性剂中。
20.一种产品，其是根据权利要求10所述的方法制成。
21.根据权利要求20所述的产品，其中所述产品为石膏面板。
22.根据权利要求20所述的产品，其中所述产品为地板或地板垫层。
23.根据权利要求20所述的产品，其中所述产品为浇注型产品。
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