[发明专利]石膏强化材料的合成及其用途

说明书

本发明涉及一种用于生产二水合硫酸钙的方法及其用于生产纸面石膏板(gypsum plasterboard)的用途。

通俗而言，术语“石膏”既指化合物二水合硫酸钙又指由该化合物组成的岩石，以及对应的建筑材料、半水合硫酸钙或硬石膏。在地球的发展史中，二水合硫酸钙天然存在于海洋蒸发所形成的大规模沉积物中。此外，二水合硫酸钙作为各种工业过程中的产物或副产物获得，所述工业过程例如烟道气体脱硫，其中通过碳酸钙或氢氧化钙浆料从燃煤发电厂的燃烧废气中脱除掉二氧化硫。

当加热至120至130℃的温度时，二水合硫酸钙释放了其中的部分结晶水并转化为半水合硫酸钙。当半水合硫酸钙与水混合时，随着材料的硬化在短时间内又重新形成了二水合化合物。

半水合硫酸钙是一种用于生产混凝土、砂浆、铸造模具(casting mould)且特别是纸面石膏板的重要的建筑材料。由于技术需求，要求硫酸钙粘合剂具有显著变化的性质。特别是对于加工时间和发生硬化的时间而言，粘合剂必须为在几分钟至几小时的时间内可变化地调节。为了满足这些需求，凝固-调节添加剂的使用是必要的。

在石膏板、尤其是纸面石膏板的生产中加速凝固具有重要意义。目前，全球每年生产超过8000百万平方米的纸面石膏板。纸面石膏板的生产早已众所周知。它被记载于例如美国专利4,009,062中。由半水合硫酸钙和所用的水组成的可凝固石膏浆料通常在高速下的流动混合机中生产、连续施加到一块纸板片上并用第二块纸板覆盖。两块纸板片被称为前板和后板。板材线路然后沿着所谓的凝固带移动，且在凝固带的终点几乎必须完成可凝固硫酸钙相向二水合硫酸钙的完全转化。硬化之后，片材被切割为板材并将仍留在板材中的水在多级加热干燥机中除去。

所述纸面石膏板被大规模地用于室内屋顶和墙壁。为了满足增加的需求并使生产成本降至最低，正在不断致力于改进生产工艺。用于制造石膏板的现代化设备可达到最高达180米/分钟的生产率。设备生产力的最大可能利用在仅仅使用高效促凝剂的情况下是可行的。在此半水合硫酸钙的凝固时间决定了纸面石膏板可被切割的时间并因此决定了传送带的长度和速度，从而决定了生产率。此外，在板材暴露于干燥机中的高温之前必须完全水化。否则，由于在湿气渗入时的后水合作用，粘合剂的强度潜力就不会被充分利用且出现体积膨胀的风险。

因此加速凝固操作会产生相当大的经济利益。

目前在纸面石膏板的工业生产中使用的促凝剂为磨碎的二水合硫酸钙，所用的大部分颗粒为1μm左右。对于纸面石膏板生产的连续操作，磨碎的二水合硫酸钙的促凝作用的显著稳定性是至关重要的。然而，在长时间内一直有效的促凝剂的生产仍存在很多技术难题。特别在空气湿度的存在下，磨碎的二水合硫酸钙的效力在短时间内降低。此外，磨碎的二水合硫酸钙仅可以粉末的形式使用，这是由于引入水中会立即导致最细的颗粒溶解，这对于促凝作用是重要的。Müller的论文("Die Abbindebeschleunigung von Stuckgips durch Calciumsulfatdihydrat"[The acceleration of the setting of plaster of paris by calcium sulphate dihydrate]，ISBN 978-3-899-58-328-1)公开了沉淀二水合硫酸钙不适合作为促凝剂，且良好的促凝作用仅可通过研磨二水合硫酸钙获得，在这种情况下纳米范围内的超细颗粒的量和研磨中引起的晶格损害对于所述效力都是重要的。

除了磨碎的二水合硫酸钙外，还可使用的其他促凝剂为硫酸钾。然而，其具有的缺点在于导致所生产的产品的最终抗压强度明显降低。

在纸面石膏板的生产中，粉状磨碎的二水合硫酸钙被引入到流动混合机中，因为仅仅在此时才能确保促凝剂与半水合硫酸钙的均匀混合。然而，其具有的缺点在于，在混合机以及石膏浆料被引导至纸板片的管线中促凝剂已经引起结壳。在生产中必须每隔一段时间以非常费力的方式——停工——除去结壳。

WO 2005/021632公开了一种通过从溶液中沉淀出细无机固体来生产细无机固体的方法。这里使用至少一种分散剂对细无机固体的表面进行涂覆。所公开的无机固体包括在很多其他的化合物中的沉淀硫酸钙，同时所使用的分散剂是例如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物和它们的盐、多膦酸酯及改性的脂肪酸衍生物。

因此，本发明的一个目的是提供一种半水合硫酸钙和硬石膏的促凝剂，该促凝剂除了具有良好的促凝作用之外，还具有显著的存储稳定性并因此在纸面石膏板的生产中使工艺体系(process regime)稳定。