[发明专利]低自含能量墙板及其制造方法

说明书

本申请要求于2007年11月16日提交的美国临时申请60/988,744和于2008年3月31日提交的美国专利申请12/060,196的优先权，各申请的全部内容通过引用方式结合在本文中。

技术领域

本发明涉及墙板芯(core)的新型组合物和制造该芯的方法。更具体而言，本发明提供了与制造常规的石膏墙板所需的能量相比具有降低的制造墙板所需能量的芯和方法。

背景技术

在居民和商业建筑物的构建中使用石膏墙板来形成内墙和天花板，在某些情况下还用于外墙。由于其相对容易安装且需要最少的修整，石膏墙板在构建居家和办公室中是用于该目的的优选材料。

石膏墙板由包含坚硬的石膏的芯构成，芯的表面是用于接收涂层(如油漆)的纸或其他纤维性材料。通常通过将主要包含煅烧石膏的水性芯的浆置于两片纸层之间，从而形成夹层结构来制造石膏墙板。各种类型的封面纸或类似的功能性部件是本领域已知的。水性石膏芯的浆需要凝固或硬化，这是通过再水化煅烧石膏、通常再在干燥器中进行热处理以除去过量的水来实现的。石膏浆凝固(即与水性浆中存在的水反应)和干燥以后，将形成的片切割成所需的大小。用于制造石膏墙板的方法是本领域公知的。

用于制造石膏墙板的芯组合物的常规方法最初包括在高速、持续混合装置中预混合干的成分。干的成分通常包括硫酸钙半水合物(粉饰灰泥)、促凝剂和防干剂(如淀粉)。干的成分在搅拌器装置中与芯组合物的“湿的”(水性)部分混合。湿的部分可以包括包含水、纸浆和可选的一种或多种流动性增加剂和凝固阻滞剂的混合物的第一组分。纸浆溶液提供主要部分的水，用于形成芯组合物的石膏浆。湿的第二组分可以包括前述强化剂、泡沫和其他常规添加剂(如果需要的话)的混合物。同时，前述干和湿的部分包括最终形成石膏墙板芯的石膏浆。

石膏墙板芯的主要成分是硫酸钙半水合物，通常也被称为“煅烧石膏”、“粉饰灰泥”或“熟石膏”。粉饰灰泥具有多种理想的物理性质，包括但不限于耐火性、热稳定性和液体比重测定的尺寸稳定性、抗压强度和中性pH。通常，通过干燥、碾磨和煅烧天然石膏石(即硫酸钙二水合物)来制备粉饰灰泥。制造粉饰灰泥中的干燥步骤包括使粗石膏石通过旋转窑，以除去石头中存在的任何水分，例如雨水或雪水。然后将干燥的石头碾磨成需要的细度。不考虑其预期的用途，干燥的精细磨碎的石膏可以称为“石膏粉”。石膏粉用作煅烧过程的原料，转化成粉饰灰泥。

制造粉饰灰泥中的煅烧(或脱水)步骤是通过加热石膏粉进行的，其产生硫酸钙半水合物(粉饰灰泥)和水蒸气。该煅烧方法的步骤是在“煅烧炉”中进行的，本领域普通技术人员了解存在几种已知类型的煅烧炉。煅烧方法本身是能源消耗量大的。美国专利5,954,497描述了使用单和多阶段装置来煅烧石膏的几种方法，其通过引用方式结合在本文中。

煅烧石膏直接与水反应，且当以合适的比例与水混合时可以“凝固”。

在常规制造石膏板过程中，石膏浆沉积在活动的纸(或纤维玻璃垫)基底上。石膏浆可以包含几种添加剂，以降低重量和增加其他性质。活动的纸或基底自身支持在长的活动带上。然后将第二纸基底放到浆上以形成石膏板的第二面，且夹层通过确定石膏板的宽度和厚度的铺装机(forming station)。在这样的连续操作中，石膏浆在通过铺装机后开始凝固。当发生足够的凝固以后，将该板切割成商业上可接受的长度，然后再进入板干燥器。随后如果需要的话，修整该板，装订，捆扎，运输和储存以待销售。

大多数石膏墙板是成片销售的，每片为4英尺宽和8英尺长。根据特定的级别和应用，片的厚度可为1/4英寸到1英寸，常规的厚度为1/2英寸或5/8英寸。制造石膏墙板片的各种尺寸和厚度，用于不同的应用。这样的板容易使用，且可以方便地划痕(score)和折断(snap)，以便以相对干净的线折断它们。

根据某些报道，制造石膏墙板的方法已经超过100年的历史。在其发展的时候，能源是充足和便宜的，而且温室气体的问题也是未知的。这是一个重要的考虑因素。尽管石膏墙板技术在多年中已经被改进以包括耐火性作为某些墙板的特征，并且石膏墙板测试已经标准化(如美国试验与材料协会标准化的方法C1396)，但是主要的生产步骤仍然几乎没有变化，且大多数的墙板仍然由煅烧石膏制成。