石膏制品及其生產方法

專利名稱：石膏制品及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種蠟乳液添加劑，用于改善石膏產品的防水性，所述石膏產品如石膏板和石膏木質纖維產品。本發明還涉及一種用本發明所述乳液添加劑制造石膏產品的方法。
背景技術：
石膏產品(硫酸鈣二水化合物)的特定屬性使其非常普遍的用于制造工業和建筑場頻當中，特別是包含面板的石膏產品。石膏被大量用于便宜的原材料中，通過脫水和再水合的方法，可以被鑄型或者成為其他有用的形狀。人造石膏板中的基礎材料是硫酸鈣(石膏)中的半氫氧化合物，通常的術語為建筑用灰泥，這是可以通過把二水合物中的水相祛除的熱交換生產。在工業面板中的石膏產品，包括但是不限于，紙基底石膏板，尤其是通過玻璃加強的石膏板，如下所述的，石膏木質纖維產品結合了木材或是木質素纖維和其他的產品。
一種石膏木質纖維(GWF)不同于普通的石膏墻板產品，它同已建立的泥漿、石膏和木質纖維素材料，如木質纖維。木質纖維或者其他木質纖維素材料的含量為大約50％-95％，基于石膏和木質纖維素材料總重量。一種典型的GWF產品可以包括大約80％的木質纖維，基于石膏和木質纖維總重量。木質纖維素材料是現有技術中通常的木質設備。木質設備的來源包括，軟木如松木、云杉、冷杉，和硬木包括像木、楓木、桉樹、白楊、山毛櫸。這些產品，如普通的石膏墻板、石膏瓦片、石膏塊、石膏鑄件和類似的產品，這些產品的防水特性都不十分理想。
石膏產品吸水，就會降低強度。現有技術中的產品，如普通的石膏墻板、石膏瓦片、石膏塊、石膏鑄件和類似的產品，這些產品的防水特性都不十分理想。實際的測試顯示，當2英寸×4英寸是圓柱體石膏板核心材料浸入70°F的水中，在浸入40分鐘后圓柱體的吸水率為36％。當普通石膏板進入水中，會很快吸收大量的水份，因而強度大幅度的降低。在上述提到的每一種石膏產品中，人們都希望能控制他們的吸水特性。水份還可以使石膏產品容易受到霉菌、真菌生長的影響而需要大量的生物制劑。
歷史上，產品加入一種石膏泥漿，在石膏板是生產過程中來加強一定程度的防水性，這種方法通過混合瀝青、熔化的蠟、乳液狀的蠟和其他的硅樹脂產品。現有技術顯示了一定范圍內的缺陷，這些缺陷包括不均勻固體、不穩定的乳液、較寬范圍的表觀粘度、一個腐蝕性的PH數值需要危險標志，因為氫和硫化氫氣體對健康有害。需要一種添加劑可以滿足如前所述的要求，賦予石膏產品以防水特性。
Wantling等人于2003年12月16日提交的美國專利US6,663,707教導了將來自于玉米、小麥和大米等植物的普通淀粉樣品同異種配位試劑想結合，這種配位試劑可以是硼酸鈉同其他化學成分的結合，如硫酸鈉木質素和C24的聚合烷基苯酚和各種蠟，形成了一種接近穩定的蠟乳液，這種蠟乳液適于結合到石膏泥漿中去，以賦予石膏產品的防水特性。當這些系統表現出比之前可以使用的蠟乳液有很大的優點，這種蠟乳液也表現出一定的缺點，包括木質素硫酸鈉由于長時間的儲存而降解而導致生物活性變化引起的PH數值的降低，由于溫度和時間而發生的粘度變化，在水/蠟表面表現出輕微的分解，這將導致少于在混合物中可遇見的使用率，因為變化的發生。
Song的美國專利US6,010,596加入了蠟乳液包含一種石蠟碳氫化合物、褐煤蠟、聚乙烯醇、水和乳液到一種包含基底石膏和木質纖維熱泥漿。乳液包括非離子物質和一種陽離子表面活性劑。當泥漿還是較熱狀態的時候，泥漿從頂部的盒子里瀉出到一個連續的溶解鏈條中，例如用于紙制品生產，以形成一個過濾器塊并轉移盡可能多的水分。
因此，需要一種添加劑，用于賦予石膏產品以防水特性，這樣有利于經濟節約。需要一種防水性添加劑，這些并不需要花費很大的成份如聚硅氧烷。防水特性添加劑還需要在室溫的穩定條件下，并且在使用在石膏溶液中之前不需要加熱。還需要一種穩定的防水性添加劑，這種添加劑不需要持續的混合和攪拌以保持其防水特性。因此，需要一種制造石膏制品的方法，涉及到一種或多種的吸水性、粘度控制、穩定性和泥漿流動性當用于制造石膏產品的時候。當然，如添加劑將行使這些功能的時候，對其流動性、發泡性、預先設置時間和設置時間沒有影響。
發明概述本發明所公開的方法是制造一種石膏產品，包括形成一種泥漿，該泥漿包括石膏、水和一種乳液，所述乳液包括一種非皂化的蠟，一種皂化的蠟，一種烷基苯酚成份，一種分散劑/表面劑，一種羧基甲基纖維素成份和水。在一個特定的實施例中，非皂化蠟的含量為乳液總重的33％-35％，皂化蠟的含量為乳液總重的3％-5％，烷基苯酚的含量為乳液總重的0.5％-2.5％，分散劑的含量為乳液總重的0.5％-2％，以及羧基甲基纖維素成份的含量為乳液總重的0.2％-5％。可選擇的是，乳液可以包括防腐劑，如生物殺菌劑(防霉劑，防真菌劑)。
在不同的實施例中，石膏制品可以包括石膏板或是一種石膏木質纖維產品。并且，本發明描述的是石膏產品包石膏、一種蠟成份所述蠟成份包括非皂化的蠟和一種皂化的蠟，一種烷基苯酚成分，分散劑/表面劑，和羧基甲基纖維素成份。
上面所描述的特征通過如下的詳細敘述來進行例證發明詳述石膏產品的生產，包括石膏板和復合材料，用石膏，如石膏纖維復合材料，玻璃纖維填充石膏制品，石膏木質纖維制品等(統稱為石膏制品)，可以使用本發明所述乳液來賦予這些石膏產品以防水特性。當這些乳液被用于，最大限度的吸水性通過這樣的石膏制品來實現的，相對于那些沒有使用本發明所述乳液的石膏制品來說，乳液改善了產品的防水特性。通過改善石膏制品的防水特性，這些乳液改進了這些產品吸水性的有害結果，包括引起空間的不穩定性(膨脹)，機械強度的損失和生物的降解。乳液可以作為選擇性添加劑的載體，如防火劑和防腐劑，這些成份本身是不吸水的。
石膏制品的生產基本包括，準備一種石膏，這種石膏含有泥漿，泥漿包括石膏和其他成品的成分，并且處理這些泥漿，祛除水份，干燥剩余固體，并使其成為理想形狀。在接下來的過程中，泥漿/基層組合物被鑄型，即將這種組合物通過軸滾之間，同時在鑄型的過程中，一個紙制的背板形成于被鑄型的石膏泥漿之上。因此，石膏泥漿必須具有充分的流動性，以至于可以制造出形狀合適的石膏板。流動性是指石膏泥漿的流動能力。
對于石膏板制造很重要的一點是，石膏泥漿在有限的程度內可以被塑型。發泡性是指其產生泡沫的能力。當石膏泥漿和紙制基層通過塑型用的軸滾時，必定有一定數量的石膏泥漿回流，并積累在軸滾夾上，如此以至穩定流量的石膏泥漿被輸送到塑型用軸滾之處。發泡性對泥漿石膏在軸滾夾處回流的能力十分重要。可以應用塑型金屬板，來減少輥子的應用，但是發泡性對于成品密度的控制十分重要。
因為石膏板制造過程的連續特性，其中石膏泥漿流在基層上，而基層通過塑型的軸滾，在塑型之后石膏泥漿流動的寬度對于保持石膏板成品的尺寸是十分關鍵的。石膏泥漿停止流動的時間是預先設定的。因此，預先設定的時間是石膏泥漿的重要特性。石膏泥漿的設定時間也是它的一個重要特性。設定時間是指石膏泥漿在加熱干燥，至固體石膏板完成時所用的時間。正如在技術領域中所共知的，在連續的石膏板制造過程中，石膏泥漿具有一個一致的設定時間是非常重要的。
與石膏板生產過程不同的是，GWF產品的生產是通過傳統的造紙過程進行的。用水稀釋不同來源的纖維性材料的方法在商業方法中是眾所周知的，這些方法可以生產許多不同種類的紙或板制品。在這重方法中，需要一種纖維的水合分散劑、粘合劑和其他成份，這些成份移入發泡支持線圈中，例如長網造紙機或奧利氟成型機，用于脫水過程。分散劑可以首先通過重力脫水，其后通過真空抽氣泵的方法脫水；將濕材料壓入兩個軸滾之間的一個特定寬度，并且支撐著線圈來祛除多余的水份。被壓入的材料在加熱爐中被烘干，或強迫通風來烘干，之后，干燥的材料可以被切削成所需要的三維立體結構。石膏木質纖維產品的生產可以用類似的方法，利用濕末端部分的分散設備來分布石膏木質纖維泥漿在真空線圈上，對于初始的塑型和脫水，以及隨后的濃縮，通過一系列的真空帶軸滾，在干燥爐中進行最后的脫水。額外乳液的加入不會引起蠟電鍍或者真空帶的斷裂。本發明所述石膏木質纖維沒有同紙面或紙背相結合，但是具有一個非紙的核心，相對于現有使用的普通的覆蓋物產品有類似的用途和性質。
本發明所述乳液應用的石膏產品的生產中(石膏板，石膏木質纖維產品等)，通過將含有泥漿的石膏同乳液相結合，用于制造石膏產品。這樣的乳液可以包括一種蠟成份，這種蠟成份包括一種非皂化蠟和一種皂化蠟(這些將在通過皂化蠟和皂化劑的反應制備乳液期間形成)，一種烷基苯酚成份，一種分散劑/表活性面劑，一種羧基甲基纖維素成份和水。同發明6,663,707中的乳液相比較，這些乳液選擇性的不含有淀粉，如配位淀粉，和/或不含有雙表面活性劑，如硫酸鈣木質素，硫酸鈉木質素和/或磷酸三鈉。特別的是，加入乳液的量可以使成品中蠟的重量百分比為0.2％-3％。泥漿的處理是被傳送到打散的乳液中，這將降低蠟的含量并允許將蠟移植到產品的表面，進而加強產品的防水特性。因為水是生物活性的主要供應者，這些乳液的應用將在某些事例中在不使用生物滅菌劑的前提下，減少石膏產品的生物活性。可選擇的是，此處所述的乳液可以被注射滲透入防腐劑中，幾如到石膏產品中去，有效的抑制生物活性，如生物降解，如霉菌、真菌的生長。
此處所述的乳液包括一種蠟成份，這種蠟成份包括一種非皂化蠟和一種皂化蠟。非皂化蠟可以包括一種熔點為120°F(大約49℃)，例如大約120°F到165°F(大約49℃-74℃)，可選擇的是120°F到150°F(大約49℃-66℃)，優選的是大約135°F到145°F(大約57℃-63℃)。適當的非皂化蠟包括固體石蠟和脫油蠟和鱗狀蠟。這樣的蠟在工業上所周知的是低揮發性，在標準的熱量分析中，表現出少于10％的重量流失。此外，這些蠟中的油的含量少于總重量的5％，優選的是少于1％。這些蠟分子量相對較高，具有平均鏈長C36，即具有36個碳鏈的長度或者更多。石蠟是典型的從輕潤滑油中得來的蒸餾物，并且主要是直鏈碳氫化合物，分子鏈長為20到30個碳原子。適合的石蠟包括從Honeywell/Astor of Duluth，Georgia購得的蠟3816。散蠟是石油蠟，具有大約3％-50％重量比的油的含量。散蠟包括的油的含量的重量百分比為3％-50％。適合的散蠟包括Exxon 600散蠟，Ashland 200散蠟，以及50份Exxon 600散蠟和50份Ashland200散蠟的混合物。
適合的皂化蠟具有酸度值或皂化值和大于180°F的熔點。皂化蠟包括可溶解蠟，植物蠟和氧化蠟中得到，是處理和/或精煉的散蠟、脫油蠟和天然石油的結果。例如，皂化蠟包括褐煤蠟、巴西棕櫚蠟、蜂蠟、月桂蠟、蓖麻子蠟、日本蠟、椰子蠟、鯨蠟、甘蔗蠟、毛脂蠟、已經其他蠟。一個有用的皂化蠟的例子是褐煤蠟，這種蠟具有180°F到200°F的熔點。皂化蠟的制備是通過一種結合一種蠟和一種皂化劑，如強基礎材料，如氫氧化銨或一種堿金屬氫氧化物，如氫氧化鈉或氫氧化鉀。皂化一種蠟所需要的皂化劑的量，可以基于蠟的皂化值來計算。例如，皂化值被分為1000等份的氫氧化鉀以加入到每克蠟中。
優選的是，蠟不含有不大于5％的極性成份雜質。
蠟成份的含量基于乳液總重量的25％-50％，優選的是30％-40％。優選的是，蠟的成份中含有一種非皂化蠟，這種蠟的熔點大于或等于120°F，以及一種皂化蠟。這種非皂化蠟的含量是乳液總重量的25％-44％，并且，皂化蠟的含量是乳液總重量的0.5％-5％。一種已知的蠟的組合物是，一種石蠟，如Honeywell 3816作為第一種蠟，以及一種皂化蠟如褐煤蠟。在一個實施例中，蠟的成份中包括石蠟，含量的重量百分比為25％-45％，優選的重量百分比是30％-40％，皂化蠟的含量的重量百分比是2.5％-5％，優選的重量百分比是3.5％-4.5％，以上重量百分比基于乳液總重量。
強的基礎成份可以被加入乳液中，來皂化可以被皂化的蠟。皂化劑可以包括，氫氧化銨或一種堿金屬氫氧化物，如氫氧化鈉或氫氧化鉀。堿金屬氫氧化物可以用來形成濃縮水合溶液的成份，這種濃縮水合溶液可以含有45％的堿金屬氫氧化物。氫氧化銨可以作為固體形狀。一些或所有的皂化劑可以同分散劑/和或乳液的其他成份反應。即使氫氧化銨有些時候由于氣味而被拒絕使用，氫氧化銨還是有很多被承認的優點的，除了皂化蠟制產品外，還可以清理乳液中用到的樹脂中的甲醛，因此可以減少從復合成品中的甲醛釋放量。氫氧化銨同甲醛的組合物可以改善氫氧化銨的氣味，在一些實施例中，甲醛是由于這個原因被加入到乳液中去，加入的在重量百分比為0.02％-0.1％。此外，氫氧化銨特別的優點是，當乳液被用于木質素材料的時候，這些材料中包含北方的木材成份，如花旗松和白楊等。
皂化劑的含量可以是基于乳液總重量的0.15％-4.5％，優選的是0.5％-3％。可選擇的是，濃縮的水合皂化劑的含量可以是乳液總重量的0.5％-3％。氫氧化銨可以作為固體形狀，含量為乳液總重量的0.15％-3％。皂化劑的總量可以根據可皂化的蠟種類不同而不同，或者根據木材的類型不同而不同。作為皂化的結果，此處所述乳液的PH數值為8.5到12.5，例如PH值可以是8.5-9.5。
可仿效的羧甲基纖維素材料用于這些乳液中，碳鏈的長度為20個到50個碳原子。適合的羧甲基纖維素的例子是羧甲基纖維素的鈉鹽，可從Penn Carbose，Somerset，Pennsylvania購得，商品標號為LT-30，如所述的含有的碳鏈長度為26到30個碳原子。其他適合的羧甲基纖維素材料包括Penn Carbose LT-20 and LT-42。羧甲基纖維素和產品同皂化劑的反應，或者同乳液中其他成份的反應，此處稱為“羧甲基纖維素成份”。
一種聚奈磺酸鈉鹽，用于本發明所述乳液，不基于相關的理論，可以認為這種成份是作為分散劑/表面活性劑使用。聚奈磺酸鈉鹽可以同皂化劑反應，如堿金屬氫氧化物。聚奈磺酸鹽的一個例子是DISAL GPS。DISAL GPS可以從Handy Chemical，Montreal，Quebec，Canada得到。酸和酸的鹽可以作為聚奈磺酸鹽成份，或更廣泛的，包括可替代的材料，作為分散劑/表面活性劑。分散劑/表面活性劑的含量可以是乳液總重的0.1％-5％，例如0.5％-5％。
將一種烷基苯酚同乳液相結合，發現木質素復合產品達到了低吸水性的要求。用于此處的“烷基苯酚”是指具有長鏈烷基的酚類化合物。長鏈烷基可以是直鏈也可是是支鏈。長鏈烷基可以是20個到42個碳原子，優選的是C24-C34，更優選的是C24-C28。這樣的烷基苯酚包括聚合亞甲基烷基苯酚、石炭酸鹽，石炭酸鈣，長支鏈的烷基苯酚鈣，長直鏈的烷基苯酚鈣和配位的馬來酸聚合體，這種聚合體可以是有胺取代基的也可以是沒有胺取代基的。長鏈烷基基團可以是聚乙烯等的聚合體集團。烷基取代基可以是不同碳鏈長度的混合物，如商業上經常用的到。優選的是，烷基苯酚的選擇是根據同烷基部分的碳鏈長度相匹配的，如同羧甲基纖維素是相同的或是接近的。例如，一種烷基苯酚的平均碳鏈長度在C24-C34，可以用于乳液中，該乳液所含有的羧甲基纖維素具有的平均碳鏈長度為C26到C32，如CarboseLT-30羧甲基纖維素。
烷基苯酚的烷基基團可以從相應的石蠟中提取；例如一種C26烷基基團來自C26的烯烴，優選的是一種1-烯烴，一種C34烷基基團從C34烯烴得來，一種混合長度的基團可以從相應的石蠟中得來。當烷基基團是一種具有至少30個碳原子的烷基基團組成，它可以是一種脂肪族基團或者這樣基團的混合，這種脂肪族集團可以是互聚物(如共聚物和三元共聚物)的石蠟，具有2個到10個碳原子，如乙烯、丙烯、1-丁烯、異丁烯、二烯烴、橡膠基質、1辛烯。脂肪族烴基基團可以從互聚物的鹵化(氯的或是溴的)類似物中得到。這樣的基團可以從其他方式得到，如單節顯性的高分子量烯烴和氯的類似物和氫氯化類似物。因此，脂肪族石油餾分，特別是石蠟、氯的類似物、氫氧化物類似物、合成烯烴如通過齊格勒催化劑方法拉伸的和其他現有技術中已知的方法。在烯烴基團的不飽和現象中可以減少或排除，如果需要的話，根據現有技術中已知的方法通過氫來消除不飽和現象。通過本方法和材料來制備，這些可以充分的從氯或其他鹵素的取代，某些時候也根據環境因素。
出現多于一種的烷基基團，但是通常對于每一種在芳基中的芳香環中，不會出現多于兩種或三種的情況。最典型的是，在每一個芳香半族中僅出現一種烴基基團，特別是基于單獨苯環的烴基取代苯酚。
烷基苯酚和一種烷基苯酚同皂化劑或其他成份的反應產物，乳液中的其他成份是指此處所述的烷基苯酚成份。
在乳液中所含烷基苯酚的含量重量百分比是0.25％-10％，可選擇的是大約0.5％到2.5％，以上重量百分比基于乳液總重量。
烷基苯酚成份用于本發明所述復合材料的一個例子是，在商業上可得到的是一種商品名稱為319H的從Lubrizol Chem.Corp.Wycliffe，Ohio購得的，這種材料被描述為C24-C34的聚合的結合亞甲基的烷基苯酚。其他不同的商業上可得到的烷基苯酚，可以用于這些乳液，如表1所示表1編號描述 來源319A馬來酸的配位聚合物″Flozol 140″
(無胺基取代基) Lubrizol Chem.
Corp.Wycliffe，Ohio319B馬來酸的配位聚合物 ″Flozol 140″(有胺基取代基) Lubrizol Chem.
Corp.
Wycliffe，Ohio319C直鏈長鏈烷基苯酚Lubrizol Chem.
Corp.
Wycliffe，Ohio319D苯酚鈣 Lubrizol Chem.
Corp.
Wycliffe，Ohio319E支鏈長鏈烷基苯酚Lubrizol Chem.
Corp.
Wycliffe，Ohio319HC24-C34聚合亞甲基 Lubrizol Chem.
烷基苯酚Corp.
Wycliffe，Ohio一種生產本發明所述乳液的方法，關于時間、能量、操作人員和生產效率。方法包括將乳液的各種成份在一個單獨的容器中混合，之后，將混合物傳送到一個均質器中，在下述的條件下。這個方法的優點是乳液混合物在一個單獨的容器中制備；不需要另外的儲存器來分離混合物乳液中的各個成份。
在一個實施例中，單獨容器的方法，非皂化蠟(如下所述的3816蠟)被溶解并于溶解狀態下儲存，如在10°F以上為熔點溫度，水會保持溫度并且不會引起蠟的固化。容器用下述方式保管
a.將熔融的蠟，如蠟3816在大約189°F-192°F(約為87℃-89℃)的溫度下保存；b.開始加熱和攪拌；c.將熔融的皂化蠟和烷基苯酚連續攪拌；d.加入大量的水，如95％，并連續攪拌；e.加入分散劑/表面活性劑(如DISAL聚奈磺酸)，羧甲基纖維素和皂化劑；f.加入剩余的水，并且用于清洗試管的水量要從總量中減去g.將容器的溫度加熱到190°F-210°F(約為88℃-100℃)。
h.繼續攪拌并在30到150分鐘之內保持溫度不變；i.將均質器保持在1500到3500psi的壓力之下(大約10-24Mpa)。
j.冷卻，可選擇的是，在本方法中提供兩個放熱曲線，包括第一放熱曲線，從均質器初始溫度到環境溫度以上，和一個第二放熱曲線知道周圍環境溫度。例如，乳液化合物通過均質器冷卻到第一放熱曲線，大約低于均質器初始溫度10°F-20°F，之后到冷卻容器中達到第二溫度曲線，可在攪拌條件下，低于5°F-15°F，可以在攪拌之下。在一個實施例中，第一溫度曲線從130°F冷卻到110°F來繪制，第二溫度曲線可以通過從110°F冷卻到70°F來繪制。
使用一種雙溫度曲線的冷卻過程，可以允許溶液有一個完成的定相過程，以使乳液可以完成。如此，乳液的粘度在經歷了一段時間之后也會保持穩定，相對于單獨的放熱曲線方法來說，乳液在被攪拌的時候也會相對穩定。在一個可選擇的制備乳液的方法中，許多方法使用了第一預混合物，包括制備好的熔融蠟和烷基苯酚，和第二預混合物(一種水合預混合物)包括水、羧甲基纖維素和聚奈磺酸以及制備的皂化劑，并且第一和第二預混合物可以在一個混合容器中一段時間，讓蠟可以充分的皂化，例如1-3個小時，將所得的混合物通過均質器并且如上述方法進行冷卻。
在本發明所述的一些乳液實施例中，其中成份范圍如下表所示

對于本發明所述乳液的特定實施例，其成份的樣品特性在下列表3中提供表3.圖示了乳液包括聚奈磺酸鈉


此處所述乳液的粘度為10到100厘泊，用一種Brookfield粘度表來測量。一個乳液樣品的粘度，在40％固體是上是7周/秒。穩定性和攪拌行為進一步加強了這些乳液的特性。例如，一個乳液樣品，仍然可以保存完整，甚至可以是在食品攪拌機中攪拌4分鐘之后。這些乳液的實施例已經被例證不會影響生物活性。
一系列的樣品乳液可以通過下述普通成份制成33％的非皂化蠟；3％的褐煤蠟；0.5％的烷基苯酚；2％的聚奈磺酸鹽(或者是有些地方標出的2.5％)；0.5％羧甲基纖維素。不同的乳液可以通過如表4中所示的皂化劑、非皂化蠟、和其他額外添加成份的不同的量制成，這些成份還包括平衡的水。表4中的樣本是用上述的批量方法制成的。在乳液B和E中，指示出的甲醛被包括在水合預混合物中；在乳液C、F、G、H和I中，指示出的甲醛被加入乳液，當乳液從其他成分中析出成型以后。
表4


乳液G包含2.5％的聚奈磺酸。
Prowax 561和321是硬石蠟，可從ExxonMobil Corporation購得。
本發明乳液在石膏板中的應用如下列所述。
樣品泥漿通過混合50g石膏，35.97g水和1.92g的表4中所列的一種乳液。在一個對比例中，沒有乳液加入。石膏和水，如果有乳液的話混合在一起，并放置一分鐘。這種混合物被繼續混合30秒。在第二次混合中，樣品泥漿進行流動性測試。
樣品泥漿被傾倒在平面上，混合物倒出形成一個圓形平面，并且直徑可以測量。圓形平面的直徑是樣本流動性的參數。直徑越大，樣本的流動性越強。測試結果如表5中所示，樣品泥漿可以根據乳液的含量被分辨出來。
發泡性測試用于決定蠟乳液對石膏泥漿中泡沫穩定性的影響。在這種測試中，稱量出0.6克的商業上可用的泡沫(foamant)和2克蠟乳液。泡沫和乳液位于一個攪拌機中，混合100克水。將混合物攪拌20秒。在攪拌步驟結束的時候，泡沫立即從攪拌杯中涌入一個150毫升的阻斷器，以阻斷涌出。傾倒掉任何過剩的，將留在攪拌杯中的物質放置在一邊。泡沫的密度是由150毫升阻斷器中的泡沫的重量決定的。在阻斷器停止后的兩分鐘，任何存在于攪拌杯泡沫中的液體都被排出并且丟棄。一個干凈的，衡量150毫升的阻斷器充滿了殘留的泡沫。一種第二泡沫密度又以上所述決定。本發明所述乳液，泡沫密度是可以接受的是從40-50克/150毫升，測量在20秒的時候進行；和密度在10-45克/150毫升，測量在2分鐘的時候進行。
流動性測試中圓形平面，在110°F的溫度下，需要至少24小時才能干燥。在時間快結束的時候，圓形平面被稱重，并做相應記錄。干燥的圓形平面被浸在水中2小時。在兩小時的浸濕后，稱重并記錄。基于兩組重量記錄的差值可以計算出水分保留的百分數。結果在表5中列出，樣品你件可以通過其所含的乳液的量而被識別出來。
表5


表5中的數據顯示，樣本泥漿的流動性是可以控制的；等同于流體。此外，使用本發明所述蠟乳液的石膏產品的吸水量可以比不含有乳液的石膏樣品的吸水量減少35％。
本發明一個實施例中，制備石膏木質纖維素產品的方法包括(a)將一種含有95重量份到50重量份的木質纖維素的泥漿，5重量份到50重量份的石膏，大約1重量份到3重量份的乳液混合，用水調平衡；(b)將泥漿放置于真空線圈上以形成一個墊子；
(c)將步驟(b)中的墊子干燥；(d)將步驟(c)中的墊子擠壓通過一系列的真空帶狀軸滾；(e)在爐中將步驟(d)中的壓縮墊子干燥。
泥漿中水的含量足以將泥漿沉淀在真空線圈上，以形成墊子的形狀。不同的石膏木質纖維產品可以通過這種方法制備。
這種水包蠟的乳液可以加在石膏泥漿中，并對泥漿用來生產石膏產品的必要特性沒有負面影響，如流動性、發泡性、設置時間等。在一個可選的實施例中，一種分散助劑對于保持石膏/乳液混合物的流動性是十分重要的。這樣的分散助劑是強的親脂助劑，他們通常具有很好的去泡沫性質。這樣的分散劑的其中一個例子是，聚(氧-1，2-ethanedyl)，α-苯基-Ω-羥基苯乙烯。
本發明所述乳液很好的改善了吸水性和中心膨脹性，在不同的石膏產品中，允許對石膏產品比比較寬松的儲存條件，加入了少量的蠟和其他乳液成份的石膏產品，比加入其他乳液的成品石膏產品的吸水性要少5％到6％個重量百分比。這些不僅使用了較少的材料，生產出的石膏產品還減少了揮發性的物質，相對于含有更多蠟的石膏產品來說。更進一步的說，乳液是兩性的，可以在一個很寬范圍的PH數值范圍內穩定存在。
一種或多種防腐劑，如如殺菌劑/殺真菌劑，防霉劑或其他生物就殺菌劑，可以選擇性的包括在一種石膏產品中的乳液中結合防腐劑或其他乳液在石膏泥漿中。殺菌劑/殺真菌劑可以被包括在本發明當中，殺真菌劑的一個例子METASOL D3TA，是3，5-二甲基-四水化合物-1，3，5，2H-噻二嗪-2-硫銅。METASOL D3TA可以從Ondo-Nalco，Houston，Texas獲得。防霉劑可以包括一種商業上可得到的防霉劑，包括甲醛。其他適合的生物滅菌劑包括二硫苯。可選擇的是，一種或多種這些生物滅菌劑或其他下面提到的可以結合到石膏泥漿中，含量為重量百分比為0.0025％到0.2％，基于產品總重量，在乳液中的含量為基于乳液總重量的0.1％到2％。
為了估算此處所說的乳液的能力，這種能力是幫助保持吸收的防腐劑，來抵制在乳液產品中霉菌的增長，一些列的乳液產品將被制備，并且根據如下所述的ASTM D 3273來測試。分離的石膏面板用乳液來制備，使用乳液用表4中的制備乳液G的方法，乳液不同于乳液G之處在與乳液G用了0.1％的甲醛，而不是2.5％，并且乳液不含有甲醛。此外，石膏板使用不同的乳液樣本制成的，這些乳液包括丙環唑、雙三丁基氧化錫或METASOL D3TA，含量的重量百分比為0.2％、0.5％、0.75％和1％。所述的ATSM D 32-73包括制備一個測試腔室，包括一個儲藏體，尺寸為46×46×61厘米3，這個儲藏體可以注水50到75毫米。儲藏室的相對濕度為95％-98％在溫度為32.5℃。儲藏室還可以被制備用于測試，通過出售一個溫室級別土壤的碟子在儲藏室中的水面以上，將土壤移植到Aureobasidium pullulans，Aspergillusniger and Penicillium培養基上。霉菌可以形成孢子并且在兩周內同儲藏室內環境達到平衡。測試平板可以被懸掛在儲藏室內，距底面移植的土壤75毫米。在平板表面的霉菌增長每周被觀察，持續四周。在這樣的測試下，如果平板支持霉菌增長，在2到3周內將有適當的霉菌增長。在初始測試階段的兩周之后，沒有樣本表現出霉菌增長的痕跡。這些表明了本發明所述乳液賦予了產品防水特性，并對霉菌和其他生物的增長有了很強的抑制性。所期望的是，包括生物防腐劑的樣本將在很長的一段時間內抵制生物增長，相對于那些不含有生物滅菌防腐劑的樣本來說。
適合的防腐劑可以同石膏產品、本發明所無機的或有機的述乳液相結合，這些防腐劑包括，生物滅菌劑，如防霉劑、殺真菌劑以及他們的結合。生物滅菌劑可以這樣選擇(1)目標有機物；(2)溶解特性；(3)溫度和PH值的穩定性和其他在石膏制品生產中的環境條件。生物滅菌劑包括可以殺死微生物或抑制微生物增長的物質，如霉菌、黏菌、真菌和細菌等。殺真菌劑包括可以殺死或抑制真菌增長的物質。更多的生物殺菌劑的例子，包括氯的碳氫化合物、有機金屬、釋放鹵素的成份、金屬鹽、有機硫成份和酚醛塑料。
適合的殺真菌劑包括，例如二甲基-硫代氨基甲酸鋅、2-甲基-4-丁基氨基-6-環丙基氨基-s-三嗪、2，3，5，6-四氯間苯二甲腈、N，N-二甲基二氯苯基-尿素、硫氰酸銅、N-氟二氯甲烷-鄰苯二甲基酰亞胺、N，N-二甲基-N`-苯基-N`-氟二氯甲烷氨苯磺胺；銅；1-氧-2-嘧啶的鈉或鋅鹽化合物；四-甲基秋蘭姆二硫化物；2，4，6-三氯苯基-馬來酰亞胺、2，3，5，6-三氯甲烷-4-有機硫磺-嘧啶，二碘甲烷-甲苯基-砜，苯基-鉍-二氯化合物，2-(4-噻唑基)-苯并咪唑，嘧啶三苯基硼烷，苯基氨基化合物，炔丙基化合物，丙環唑，環唑醇，戊唑醇以及他們的混合物。
殺真菌劑可以是農業殺菌劑，如二甲基-硫代氨基甲酸及其派生物、福美鐵、福美鋅、代森錳、代森鋅、威百畝、二硫四甲秋蘭姆，代森鋅、聚乙烯、秋蘭姆二硫化物的混合物，棉隆，以及這些化合物和銅的鹽，硝基酚及其派生物，如敵螨普、樂殺螨、2-丁基-4，6-二硝基苯基-異丙基碳酸鹽，環結構物，如克菌丹、苯菌靈、氯苯氧基二甲乙基三唑乙醇、放線菌銅、嗎菌靈；鹵化殺真菌劑的混合物，如氯醌、二氯萘醌、地茂散、聚二氯硝基苯；抗真菌制劑，如灰黃霉素、春雷霉素、鏈霉素；殺真菌劑的混合物，如聯苯砜、十二烷基胍、1-氰硫基-2，4-二硝基苯、1-苯基-氨基硫脲、甲基托布津，酰基丙氨酸，如呋霜靈、酯菌胺、甲呋酰胺、酰胺菌酯、惡酰胺；氟黃隆，如那些在專利EP 578,586-A中公開的，檸檬酸派生物，如頡氨酸派生物，在專利EP 550,788-A中所公開的，甲氧基丙烯酸鹽，如甲基-(E)-2-(2-(6-(2-cyanophenoxy)二碘)苯基)-3-甲氧基丙烯酸、鹽酸百維威、益滅菌唑、多菌靈、腈菌唑、十三嗎啉、吡菌磷、氯苯嘧啶醇、拌種咯、嘧霉胺和包括上述一種或兩種殺真菌劑的混合物。
此外，防腐劑可以被希望用化學防火劑處理石膏產品，如硼砂/硼酸，胍基尿素磷酸鹽-硼酸，雙氰胺磷酸甲醛、二乙基-N，N-雙羥乙基-氨甲基磷酸鹽，和包括上述一種或多種添加劑的混合物。這些防火劑被結合成為微粒子形狀，例如，從矽平到聚氯乙烯。其他添加劑具有可利用的特性，并可以添加到混合物中，包括水防護劑、顏色防護劑、紫外線抑制劑、粘合催化劑以及包括上述添加劑的一種或兩種的混合物。
特定的實施例是本發明發明內容最好的證明，是這些實施例僅僅是例證。對于那些本領于中的普通技術人員來說，那些并不背離本發明宗旨的修改仍舊在本發明保護范圍之內。
權利要求
1.一種生產石膏制品的方法，包括如下步驟由石膏中形成的泥漿；水和一種乳液，這種乳液包括一種蠟成份，這種成份包括非皂化蠟和皂化蠟，一種烷基苯酚成份，一種分散劑/表面活性劑，一種羧甲基纖維素成份和水；將泥漿固定成型。
2.如權利要求1所述方法，其中蠟成份的含量為乳液總重的25％-50％。
3.如權利要求1所述方法，其中蠟成份的含量為乳液總重的30％-40％。
4.如權利要求1所述方法，其中非皂化蠟是散蠟、脫油蠟、固體石蠟或他們的組合。
5.如權利要求1所述方法，其中皂化蠟是可皂化的蠟同氫氧化銨、堿金屬氫氧化物或他們的混合物反應而制得的。
6.如權利要求5所述方法，包括一種皂化蠟是通過可皂化的蠟同氫氧化鉀或氫氧化鈉反應制得的。
7.如權利要求5的方法，包括包括一種皂化蠟是通過可皂化的蠟同氫氧化銨反應制得的。
8.如權利要求1所述方法，其中烷基苯酚成份包括C20-C42的烷基基團。
9.如權利要求1所述方法，其中烷基苯酚成份包括C24-C34的烷基基團。
10.如權利要求1所述方法，其中烷基苯酚成份包括C24-C28的烷基基團。
11.如權利要求1所述方法，其中分散劑/表面活性劑包括聚奈磺酸鹽。
12.如權利要求1所述方法，其中烷基苯酚成份包括一種烷基苯酚，這種烷基苯酚所具有的烷基基團，該基團所具有的碳鏈長度的平均碳原子數同羧甲基纖維素的碳原子數相匹配。
13.如權利要求1所述方法，其中所述非皂化蠟的含量為乳液總重的33％-35％；皂化蠟的含量為乳液總重的3％-5％；烷基苯酚成份的含量為乳液總重的0.5％-0.25％；分散劑/表面活性劑的含量為乳液總重的0.5％-2％；并且羧甲基纖維素成份的含量為乳液總重的0.2％-5％。
14.如權利要求13所述方法，其中皂化蠟的生產是通過可皂化的蠟同氫氧化銨的反應，并進一步包括重量百分比為0.5％的甲醛。
15.如權利要求1所述方法，其中石膏產品包括石膏板。
16.如權利要求1所述方法，其中泥漿還包括重量百分比為50％至95％的木質纖維素材料，該重量百分比是基于木質纖維素材料和石膏的總和。
17.如權利要求13所述方法，其中石膏產品包括石膏板。
18.如權利要求13所述方法，其中泥漿中還包括重量百分比為50％至95％的木質纖維素材料，該重量百分比是基于木質纖維素材料和石膏的總和。
19.如權利要求13所述方法，其中石膏產品包括石膏木質纖維產品。
20.如權利要求1所述方法，其中乳液包括蠟的含量1.5％至3％，該百分比基于成品的總重。
21.如權利要求13所述方法，其中乳液包括蠟的含量1％至3％，該百分比基于成品的總重。
22.一種石膏產品是由泥漿來制備的，該泥漿是用石膏、水和乳液制得的，該乳液中包括一種蠟成份，所述蠟包括非皂化蠟和皂化蠟，一種烷基苯酚成份，一種分散劑/表面活性劑，一種羧甲基纖維素成份和水。
23.如權利要求22所述石膏產品，其中烷基苯酚成份包括一種烷基苯酚，這種烷基苯酚具有烷基基團，該基團所具有的碳鏈長度的平均碳原子數同羧甲基纖維素的碳原子數相匹配。
24.如權利要求23所述石膏產品，其中非皂化蠟的含量為乳液總重的33％-35％；皂化蠟的含量為乳液總重的3％-5％；烷基苯酚成份的含量為乳液總重的0.5％-2.5％；分散劑/表面活性劑的含量為乳液總重的0.5％-2.5％；并且，羧甲基纖維素成份的含量為乳液總重的0.2％-5％。
25.如權利要求24所述石膏產品，其中烷基苯酚成份包括一種烷基苯酚，這種烷基苯酚所具有的烷基基團，該基團所具有的碳鏈長度的平均碳原子數同羧甲基纖維素的碳原子數相匹配。
26.如權利要求22所述石膏產品，還包括防腐劑。
27.如權利要求26所述石膏產品，其中防腐劑的含量為0.0025％至0.2％，基于成品總重。
28.如權利要24所述石膏產品，所述乳液包括重量百分比為2％的防腐劑。
29.一種石膏產品，包括一種蠟成份，所述蠟包括非皂化蠟和皂化蠟，一種烷基苯酚成份，一種分散劑/表面活性劑，一種羧甲基纖維素成份。
30.如權利要求26所述石膏產品，還包括防腐劑。
31.如權利要求26所述石膏產品，還包括重量百分比為50％至95％的木質纖維素材料，基于木質纖維素材料和石膏的總重量。
32.如權利要求1所述方法，其中泥漿包括一種防腐劑，該防腐劑的含量為成品總重的0.0025％-0.2％。
33.如權利要求13所述方法，其中乳液包括重量百分比為0.1％至2％的防腐劑。
34.如權利要求29所述石膏產品，還包括含量為成品總重的0.0025％至0.2％的防腐劑。
全文摘要
本發明提供了一種乳液，該乳液可以賦予石膏產品以防水特性。還提供了一種生產該乳液的方法，包括如下步驟從石膏中形成泥漿；水和一種乳液，這種乳液包括一種蠟成分，這種成分包括非皂化蠟和皂化蠟，一種烷基苯酚成分，一種分散劑/表面活性劑，一種羧甲基纖維素成分和水；將泥漿固定成型。如本發明所述方法生產的石膏產品具有防水特性，并且在不添加防腐劑的情況下具有抑制微生物生長的作用。
文檔編號C04B11/00GK1735571SQ200480001469
公開日2006年2月15日 申請日期2004年6月3日 優先權日2003年6月5日
發明者史蒂文·約瑟夫·萬特林, 博內爾·謝拉德·瑟帕卡, 托馬斯·邁克爾·唐隆 申請人:博登化學公司