[发明专利]用于石膏水合的促凝剂

说明书

技术领域

本发明涉及用于石膏水合的促凝剂。更具体地，本发明涉及缩短初始诱导时段的促凝剂，该初始诱导时段会延迟石膏凝结。

背景技术

新出矿的石膏称作石膏粉(landplaster)。它是包含二水合硫酸钙的矿石，也称作石膏、软石膏或白土。在许多沉积物中，石膏粉包含至少50wt％二水合硫酸钙。将二水合硫酸钙在150°C以上的温度煅烧以驱除部分水合水，形成半水合硫酸钙，也称作烧石膏、灰泥(stucco)、熟石膏、硫酸钙半水合物或硫酸钙-半水合物。在加入水时，半水合硫酸钙与水结晶，重新形成二水合物。随着该反应进行，二水合硫酸钙晶体的交织基体形成并变硬。该反应由下式表示：

CaSO₄·1/2H₂O+3/2H₂O→CaSO₄·2H₂O。

已知许多物质能促进半水合硫酸钙水合的水合速率。凝结时间由两种机理中的一种决定。存在形成少数“起动子”晶体的初始延迟或诱导时段。在该诱导时段之后，反应速率提高到标准速率。大多数促凝剂提高水合速率。例如，根据LeChatlier原理，大多数硫酸盐化合物起到促凝剂的作用。已知的缩短该诱导时段的物质很少。这些中最熟知的是二水合硫酸钙。

出矿未经磨碎的石膏粉不能有效作为用于水合反应的促凝剂。碾磨二水合硫酸钙暴露出新的成核位点，这些位点加速二水合石膏的形成。暴露于湿度使得成核位点在短至几小时内失活。为保护活性表面，已知用淀粉如糖处理磨碎的二水合硫酸钙以防止氧化。在将淀粉加入烧石膏和水的浆料中时，它快速溶解并暴露出活性晶体位点。该活性晶体位点充当“籽”晶，该籽晶有利于在连结基体中形成二水合硫酸钙晶体。经涂布的硫酸钙的例子是分别在美国专利No.2,078,199和3,573,947中描述的HRA和CSA，这两篇专利的全文内容均通过引用并入本文。

另一已知的促进剂描述在美国专利No.6,409,825中，其内容通过引用并入本文。该促进剂包含在水中的磨碎二水合硫酸钙和选自有机膦酸化合物、含磷酸盐的化合物或其混合物中的至少一种添加剂。如CSA和HRA一样，该石膏颗粒在水合反应过程中起到促进初始结晶的作用。该颗粒促进剂表现出相当长的寿命并且随时间变化保持其有效性，从而可以在其制备后的几周或几个月准备、储存、甚至输送湿的石膏促进剂。该湿的石膏促进剂以每千平方英尺板材产品约5至约80磅(24.3至390g/m²)的量使用。

发明内容

在本发明的第一实施方案中，将透钙磷石浆料或膏料与半水合硫酸钙和水混合以制备石膏浆料。该透钙磷石表现得类似于二水合硫酸钙，即它充当籽晶并快速引发结晶。出乎意料地已发现该透钙磷石浆料不会像二水合硫酸钙那样随时间或暴露于湿度而劣化。因此，相比二水合硫酸钙促凝剂，透钙磷石不需要加入涂料以随时间变化保持其活性。

本发明另一出乎意料的结果是浆料形式的透钙磷石充当促凝剂。一般而言，磷酸盐/酯和膦酸盐/酯称作石膏水合反应的强阻凝剂。干的粉状透钙磷石不充当促凝剂。没有预料到透钙磷石浆料是如此有效的促凝剂。

该促凝剂也不同于其它微粒促凝剂在于不需要额外添加剂来引发或保持产品效力。一旦以水性膏料或浆料形式，透钙磷石浆料的活性保持几周。相比其它需要添加剂的已知固体促进剂，这减少了促凝剂的成本。

使用湿透钙磷石作为促凝剂制备的石膏类产品是第二实施方案。该产品具有作为二水合硫酸钙基体的构成部分并且分布在整个基体内的透钙磷石分子。如果经涂布的二水合硫酸钙用作促结晶剂，所加入的淀粉残余物存在于产品中。与透钙磷石一起没有使用添加剂，制得晶体基体中更少中断的石膏产品。

含透钙磷石浆料的制备方法是本发明的第三实施方案。该方法包括碾磨在水中的透钙磷石。将该湿的透钙磷石与半水合硫酸钙和水混合以形成石膏浆料。由石膏浆料形成产品并使其凝结。不经过将固体透钙磷石与淀粉共碾磨或由淀粉形成涂层的步骤获得可比的促凝剂。透钙磷石适用于其中使用其它固体促凝剂的产品中。

具体实施方式