[发明专利]用高的淀粉以及高的分散剂水平制造的石膏墙板的微结构特征

说明书

本申请是2006年11月2日提交的美国专利申请号11/592,481的部分继续申请，本申请也是2006年6月7日提交的美国专利申请号11/449,177的部分继续申请，并且本申请也是2006年6月2日提交的美国专利申请号11/445,906的部分继续申请，各项申请都要求2005年6月9日提交的美国临时申请号60/688,839的权益。上述各项专利申请的全部内容均通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及一种具有一种微结构的轻质石膏墙板，该微结构包括多个大的空气的空隙，这些空隙具有不同寻常地厚的壁，这些厚壁具有增强的致密表面。它还涉及制造具有这种微结构的轻质墙板的方法。

背景技术

石膏(二水合硫酸钙)的某些特性使它在制造工业和建筑产品(如石膏墙板)的应用中很受欢迎。石膏是一种充裕的并且总体上廉价的原料，通过脱水和再水合的方法，可以将其铸造、模塑或以其他方式形成有用的形状。制造石膏墙板和其他石膏产品所来源的基体材料是硫酸钙的半水合物形式(CaSO₄·1/2H₂O)，通常称作“灰泥”，它是通过硫酸钙的二水合物形式(CaSO₄·2H₂O)的加热转化(从中去除了1-1/2水分子)而生成的。

常规的含石膏产品(如石膏墙板)具有许多优点，例如低成本和易于加工性，然而当这些产品被切割或钻孔时会产生大量的石膏粉尘。使用淀粉作为在用于制造这些产品的浆料中的成分已经在制造这些含石膏产品中实现了不同的改进。预胶凝淀粉，像胶水一样，可以提高包括石膏墙板的含石膏产品的挠曲强度和抗压强度。已知的石膏墙板包含小于约10lbs/MSF水平的淀粉。

为了保证该浆料有适当的可流动性，在含预胶凝淀粉的石膏浆料中还有必要使用大量的水。不幸的是，该水的大部分最终必须通过干燥除去，而这是昂贵的，因为在该干燥过程中使用高成本的燃料。这一干燥步骤也是费时的。已经发现使用萘磺酸盐分散剂能提高这些浆料的流动性，由此克服该需水问题。此外，还已经发现如果使用水平足够高，这些萘磺酸盐分散剂能交联到该预胶凝淀粉上，以便在干燥后将石膏晶体粘合到一起，由此提高该石膏复合物的干强度。因此，该预胶凝淀粉和该萘磺酸盐分散剂的组合在将凝固石膏晶体粘合到一起上提供了类似胶水的作用。在过去，没有认识到三偏磷酸盐影响石膏浆料的水需求。然而，诸位发明人已经发现，在一种特定分散剂的存在下将该三偏磷酸盐的水平增加到迄今未知的水平上使之有可能用出人意料地减少的水实现浆料的适当的可流动性量，甚至是在高淀粉水平的存在下。这当然是所非常希望的，因为它进而减少了用于干燥的燃料使用连同与随后的除水处理步骤相关的加工时间。因此，诸位发明人还已经发现，石膏板的干强度可以通过在用于制造该墙板的浆料中使用与预胶凝淀粉结合的一种萘磺酸盐分散剂而提高。

本发明的石膏墙板应区别于不具有面层薄板的吸声板或砖。并且，本发明的墙板应区别于包括聚苯乙烯作为一种轻质骨料的吸声板或砖。重要的是，上述吸声板或砖不符合适用于石膏墙板的多项ASTM标准。例如，已知的吸声板不具有石膏墙板(包括本发明的那些)所要求的挠曲强度。相反，为了使吸声板或砖符合ASTM标准，这些吸声板或砖的暴露表面需要具有中空的空隙或凹陷，这些空隙或凹陷在石膏墙板中是不希望的，并且会对拔钉阻力以及表面硬度特性产生不利影响。

粉尘产生是在所有墙板安装的过程中的一个潜在问题。例如，当石膏墙板通过切割、锯割、开槽、折断、钉或螺钉固定、或钻孔进行加工时，会产生大量的石膏粉尘。为了本披露的目的，“起尘”和“粉尘产生”是指在一种含石膏产品的加工过程中，例如通过切割、锯割、开槽、划刻/折断、钉或螺钉固定、或钻孔该墙板，气载尘埃释放进入周围的工作空间中。加工总体上还可以包括正常的板处理，包括在运输、搬运、和安装过程中意外地刮削或磕碰这些板时产生的粉尘。如果可以找到一种方法来生产低密度墙板，其中显著降低这种粉尘产生，将是对本领域的一项特别有用的贡献。

而且，如果可以找到一种提高石膏墙板的强度同时降低板重量的方法，也将是对本领域的一项有用的贡献。在已知的墙板产品中的空气空隙具有相对薄的壁，其中在空隙之间的壁厚为平均约20到30微米。如果一种新型的石膏墙板可以具有一种包括空气空隙的微结构，这些空气空隙所具有的这些壁具有增强的厚度以及一个增强的致密表面以及由此增加的壁强度，则将对本领域做出一项重要并且有用的贡献。另外，如果可以找到一种方法来增加空隙尺寸而同时增加在这些空隙之间的壁的厚度以及表面密度以生产一种具有增加的强度和处理特性的低密度墙板，则也将是对本领域的另一项重要的贡献。

发明内容