(57)【要約】【課題】アルファー半水化物を含む顕著な水和速度特徴を有する石膏含有スラリーから作製された石膏ウォールボードを提供する。【解決手段】２つの実質的に平行なカバーシート間に形成された凝固石膏組成物を含む、石膏ウォールボードであって、凝固石膏組成物は、水と、以下の範囲内の粒度分布：ｄ（０．１）＝約３μ〜５μ、ｄ（０．５）＝約１４μ〜５０μ、ｄ（０．９）＝約４０μ〜１００μ、および約３１００ｃｍ２／ｇ〜約９０００ｃｍ２／ｇの範囲のブレーン表面積を有する粉砕化アルファー半水化物とを含む石膏含有スラリーを使用して作製される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの実質的に平行なカバーシート間に形成された凝固石膏組成物を含む、石膏ウォールボードであって、前記凝固石膏組成物は、
水と、
以下の範囲内の粒度分布：
ｄ（０．１）＝約３μ〜５μ、
ｄ（０．５）＝約１４μ〜５０μ、
ｄ（０．９）＝約４０μ〜１００μ、
および約３１００ｃｍ２／ｇ〜約９０００ｃｍ２／ｇの範囲のブレーン表面積を有する粉砕化アルファー半水化物とを含む石膏含有スラリーを使用して作製される、石膏ウォールボード。
【請求項２】
前記粉砕化アルファー半水化物が、以下の範囲内の粒度分布：
ｄ（０．１）＝約３μ〜５μ、
ｄ（０．５）＝約１４μ〜２０μ、
ｄ（０．９）＝約４０μ〜５０μ、
および約３５００ｃｍ２／ｇ〜約６０００ｃｍ２／ｇの範囲内のブレーン表面積を有する、請求項１に記載の石膏ウォールボード。
【請求項３】
前記粉砕化アルファー半水化物が、ｄ（０．１）＝約３μ、ｄ（０．５）＝約１４．１μ、ｄ（０．９）＝約４５．９μの粒度分布、および約３９００ｃｍ２／ｇのブレーン表面積を有する、請求項１に記載の石膏ウォールボード。
【請求項４】
前記石膏含有スラリーが、アルファー半水化物の重量に基づいて少なくとも約０．１２重量％の量で存在するトリメタリン酸ナトリウム、およびアルファー半水化物の重量に基づいて約０．５重量％〜約２．５重量％の量で存在するナフタレンスルホン酸塩分散剤をさらに含む、請求項１に記載の石膏ウォールボード。
【請求項５】
石膏含有スラリーがさらにデンプンを含む、請求項４に記載の石膏ウォールボード。
【請求項６】
前記デンプンが、アルファー半水化物の重量に基づいて約６重量％までの量で存在するアルファー化トウモロコシデンプンである、請求項５に記載の石膏ウォールボード。
【請求項７】
前記石膏含有スラリーがさらにベータ半水化物を含む、請求項１に記載の石膏ウォールボード。
【請求項８】
アルファー半水化物対ベータ半水化物の比が約５０：５０（ｗ／ｗ）である、請求項７に記載の石膏ウォールボード。
【請求項９】
前記石膏含有スラリーが、アルファー半水化物およびベータ半水化物の総重量に基づいて少なくとも約０．１２重量％の量で存在するトリメタリン酸ナトリウム、ならびにアルファー半水化物およびベータ半水化物の総重量に基づいて約０．５重量％〜約２．５重量％の量で存在するナフタレンスルホン酸塩分散剤をさらに含む、請求項７に記載の石膏ウォールボード。
【請求項１０】
前記石膏含有スラリーが、アルファー半水化物およびベータ半水化物の総重量に基づいて少なくとも約０．１２重量％の量で存在するトリメタリン酸ナトリウム、ならびにアルファー半水化物およびベータ半水化物の総重量に基づいて約０．５重量％〜約２．５重量％の量で存在するナフタレンスルホン酸塩分散剤をさらに含む、請求項８に記載の石膏ウォールボード。
【請求項１１】
前記石膏含有スラリーがさらにデンプンを含む、請求項１０に記載の石膏ウォールボード。
【請求項１２】
前記デンプンが、アルファー半水化物およびベータ半水化物の重量に基づいて約６重量％までの量で存在するアルファー化トウモロコシデンプンである、請求項１１に記載の石膏ウォールボード。
【請求項１３】
前記カバーシートが紙を含む、請求項１に記載の石膏ウォールボード。
【請求項１４】
水と、
以下の範囲内の粒度分布：
ｄ（０．１）＝約３μ〜５μ、
ｄ（０．５）＝約１４μ〜５０μ、
ｄ（０．９）＝約４０μ〜１００μ、
および約３１００ｃｍ２／ｇ〜約９０００ｃｍ２／ｇの範囲内のブレーン表面積を有する粉砕化アルファー半水化物とを含む、石膏含有スラリー。
【請求項１５】
前記粉砕化アルファー半水化物が、以下の範囲内の粒度分布：
ｄ（０．１）＝約３μ〜５μ、
ｄ（０．５）＝約１４μ〜２０μ、
ｄ（０．９）＝約４０μ〜５０μ、
および約３５００ｃｍ２／ｇ〜約６０００ｃｍ２／ｇの範囲内のブレーン表面積を有する、請求項１４に記載の石膏含有スラリー。
【請求項１６】
前記粉砕化アルファー半水化物が、ｄ（０．１）＝約３μ、ｄ（０．５）＝約１４．１μ、ｄ（０．９）＝約４５．９μの粒度分布、および約３９００ｃｍ２／ｇのブレーン表面積を有する、請求項１４に記載の石膏含有スラリー。
【請求項１７】
アルファー半水化物の重量に基づいて少なくとも約０．１２重量％の量で存在するトリメタリン酸ナトリウム、およびアルファー半水化物の重量に基づいて約０．５重量％〜約２．５重量％の量で存在するナフタレンスルホン酸塩分散剤をさらに含む、請求項１４に記載の石膏含有スラリー。
【請求項１８】
さらにベータ半水化物を含む、請求項１４に記載の石膏含有スラリー。
【請求項１９】
石膏ウォールボードを作製する方法であって、以下の工程：
（ａ）水と、
以下の範囲内の粒度分布：
ｄ（０．１）＝約３μ〜５μ、
ｄ（０．５）＝約１４μ〜５０μ、
ｄ（０．９）＝約４０μ〜１００μ、
および約３１００ｃｍ２／ｇ〜約９０００ｃｍ２／ｇの範囲のブレーン表面積を有する粉砕化アルファー半水化物とを含む石膏含有スラリーを混合すること；
（ｂ）第１カバーシート上に前記石膏含有スラリーを堆積すること；
（ｃ）前記堆積されたスラリー上に第２カバーシートを配置し、石膏ウォールボードを形成すること；
（ｄ）前記石膏含有スラリーが切断のために十分に硬化された後、前記石膏ウォールボードを切断すること；ならびに
（ｅ）前記石膏ウォールボードを乾燥すること、
を含む、方法。
【請求項２０】
前記粉砕化アルファー半水化物が、以下の範囲内の粒度分布：
ｄ（０．１）＝約３μ〜５μ、
ｄ（０．５）＝約１４μ〜２０μ、
ｄ（０．９）＝約４０μ〜５０μ、
および約３５００ｃｍ２／ｇ〜約６０００ｃｍ２／ｇの範囲内のブレーン表面積を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記粉砕化アルファー半水化物が、ｄ（０．１）＝約３μ、ｄ（０．５）＝約１４．１μ、ｄ（０．９）＝約４５．９μの粒度分布、および約３９００ｃｍ２／ｇのブレーン表面積を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記石膏含有スラリーが、アルファー半水化物の重量に基づいて少なくとも約０．１２重量％の量で存在するトリメタリン酸ナトリウム、およびアルファー半水化物の重量に基づいて約０．５重量％〜約２．５重量％の量で存在するナフタレンスルホン酸塩分散剤をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記石膏含有スラリーがさらにベータ半水化物を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１カバーシートおよび前記第２カバーシートが紙製である、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石膏ベースの製品を製造することにおけるアルファー半水化物の使用に関する。本発明はまた、石膏含有製品を製造するために使用されるスラリー中の水分要求量を低下する方法、およびより詳細には、石膏ウォールボードを製造するための、単独でまたはベータ半水化物と組み合わせて、アルファー半水化物を含有する石膏スラリーに関する。本発明はまた、アルファー半水化物を使用して石膏ウォールボードの乾燥強度を増加する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石膏（硫酸カルシウム二水和物）のある特性は、工業製品および建材、特に石膏ウォールボードを製造することにおける使用についてそれを非常に一般的なものにする。石膏は、脱水（または焼成）および再水和のプロセスを介して、有用な形状へキャスト、成形またはそうでなければ形成され得る、豊富でありかつ一般的に安価な原料である。石膏ウォールボードおよび他の石膏製品が製造されるベース材料は、一般的に「スタッコ」と呼ばれる、硫酸カルシウムの半水化物形態（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）であり、１〜１／２の水分子が除去される、硫酸カルシウムの二水和物形態（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）の熱変換によって生成される。再水和後、半水化物は溶解し、石膏結晶が沈殿し、そして結晶マスが凝固し、そして固体になり、凝固した石膏材料が得られる。
【０００３】
石膏には２つのカテゴリー、アルファー半水化物およびベータ半水化物が存在し、これらは、異なる焼成方法によって製造される。アルファー半水化物（または、アルファー石膏）は、圧力下で焼成される。ベータ半水化物（または、ベータ石膏）は、大気圧でケトル中において焼成することによって作製される。石膏ウォールボードを製造する際に使用されるスタッコは、もっぱらベータ半水化物形態である。アルファー半水化物は、ベータ半水化物と比較してそのより遅い水和速度（これは、より遅いライン速度を必要とするだろう）と、ウォールボード製造に一般的な密度で市販のアルファー半水化物が使用される場合に得られるより低い強度特徴とに主に起因して、石膏ウォールボードの製造において商業的に使用されていない。しかし、アルファー半水化物はいくつかの独特で有用な特性を有する容易に利用可能な原料であるので、石膏ウォールボードの製造においてアルファー半水化物またはアルファー半水化物およびベータ半水化物のブレンドを使用することが出来ることは、有利である。これらの独特で有用な特性としては、ベータ半水化物と比べて必要な流動性を生じさせるための大幅により低い水分要求、ならびに得られる凝固キャストのより高い密度、より高い強度、およびより高い表面硬度が挙げられる。
【０００４】
スラリーの適切な流動性を確実にするために、石膏スラリー中においてかなりの量の水を使用することが必要である。残念ながら、この水の大部分は、最終的に加熱によって除去されなければならならず、これは、加熱処理において使用される高コストの燃料に起因して高価である。加熱工程はまた、多大な時間を必要とする。これは、アルファー半水化物をウォールボードの製造に使用することができるならば、ウォールボードを製造するために必要とされる水分要求ならびにしたがって費用および時間を大幅に減少させることを意味する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
下記のようにアルファー半水化物の粒子を製造するためにアルファー半水化物が粉砕される場合、その低水分要求を含むそれの他の望ましい特性を損なうことなく、その水和速度が大幅に改善され得ることが、今回、見出された。実際に、石膏ウォールボードの製造における使用に完全に許容される、アルファー半水化物水和速度が、ウォールボードを作製するために使用されるスラリー中において達成され得ることが判った。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１実施形態において、本発明は、２つの実質的に平行なカバーシート間の凝固石膏組成物を含む、石膏ウォールボードであって、該凝固石膏組成物が、水と粉砕化アルファー半水化物とを含む石膏含有スラリーを使用して作製される、石膏ウォールボードを構成する。前記アルファー半水化物は、以下の範囲内の粒度分布：
ｄ（０．１）＝約３μ〜５μ、
ｄ（０．５）＝約１４μ〜５０μ、
ｄ（０．９）＝約４０μ〜１００μ、
【０００７】
および約３１００ｃｍ２／ｇ〜約９０００ｃｍ２／ｇの範囲のブレーン表面積を有する。必要に応じて、分散剤（例えば、ナフタレンスルホン酸塩）、強度添加剤（ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ａｄｄｉｔｉｖｅｓ）（例えば、トリメタリン酸塩）、促進剤、結合剤、デンプン、紙繊維、ガラス繊維、および他の公知の成分を含む、他の従来の成分もまた、スラリー中において使用される。最終石膏ウォールボード製品の密度を低下させるために、石鹸フォーム（ｓｏａｐ  ｆｏａｍ）も添加され得る。
【０００８】
別の実施形態において、本発明は、水と、以下の範囲内の粒度分布：
ｄ（０．１）＝約３μ〜５μ、
ｄ（０．５）＝約１４μ〜５０μ、
ｄ（０．９）＝約４０μ〜１００μ、
【０００９】
および約３１００ｃｍ２／ｇ〜約９０００ｃｍ２／ｇの範囲のブレーン表面積を有する粉砕化アルファー半水化物とを含む石膏含有スラリーを混合することによる、石膏ウォールボードを製造する方法を構成する。得られた石膏含有スラリーを第１紙カバーシート上に堆積し、そして第２紙カバーシートを該堆積されたスラリー上に配置し、石膏ウォールボードを形成する。該石膏含有スラリーが切断のために十分に硬化された後、該石膏ウォールボードを切断し、そして得られた石膏ウォールボードを乾燥する。必要に応じて、分散剤（例えば、ナフタレンスルホン酸塩）、強度添加剤（例えば、トリメタリン酸塩）、促進剤、結合剤、デンプン、紙繊維、ガラス繊維、および他の公知の成分を含む、他の従来の成分もまた、スラリー中において使用される。最終石膏ウォールボード製品の密度を低下させるために、石鹸フォームも添加され得る。
【００１０】
なお別の実施形態において、本発明は、スタッコ成分の一部または全てが上述の粒度範囲内の粉砕化アルファー半水化物であるウォールボードの製造において使用されるスラリーおよび石膏ウォールボードを含む。スタッコ成分全てがアルファー半水化物ではない場合、他のスタッコ成分はベータ半水化物である。石膏ウォールボードを製作するためのこのようなスラリー中における水分要求は、乾燥スタッコの重量に基づいて約０．１２〜０．４重量％のトリメタリン酸塩ならびに配合物中の乾燥スタッコの重量に基づいて約０．５〜２．５重量％の量のナフタレンスルホン酸塩分散剤をスラリー中へ導入することによって、さらに低下される。必要に応じて、促進剤、結合剤、デンプン、紙繊維、ガラス繊維、および他の公知の成分を含む、他の従来の成分もまた、スラリー中において使用される。最終石膏ウォールボード製品の密度を低下させるために、石鹸フォームも添加され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明において、予想外なことに、特定の粒度範囲へ粉砕化されたアルファー半水化物を使用して、石膏ウォールボードが得られ得ることが見出された。任意の適切な市販の粉砕装置が、この目的のために使用され得る。粉砕化は、機械的な製粉手段、例えば、インパクトミルまたはボールミルを使用して達成され得る。
【００１２】
アルファー半水化物の粒度分布（「ＰＳＤ」）は、本発明の重要な特徴であり、そして以下の範囲内にあるべきである：
ｄ（０．１）＝約３μ〜５μ、
ｄ（０．５）＝約１４μ〜５０μ、
ｄ（０．９）＝約４０μ〜１００μ。
粒度範囲は、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｍｏｄｅｌ  Ｍａｓｔｅｒｃｉｚｅｒ  ２０００または他の市販の測定機器において測定され得る。
【００１３】
上記の値は、体積パーセンテージを示し、即ち：ｄ（０．１）は、粒子の総体積の１０％が約３μ〜５μに等しいかまたはそれ未満の直径を有し、一方、残りの９０％が３μ〜５μを超える直径を有することを示し；ｄ（０．５）は、粒子の総体積の５０％が約１４μ〜５０μに等しいかまたはそれ未満の直径を有し、一方、５０％が１４μ〜５０μを超える直径を有することを示し；そしてｄ（０．９）は、粒子の総体積の９０％が約４０μ〜１００μに等しいかまたはそれ未満の直径を有し、一方、残りの１０％が４０μ〜１００μを超える直径を有することを示す。
【００１４】
好ましくは、ＰＳＤは、以下の範囲内にある：
ｄ（０．１）＝約３μ〜５μ、
ｄ（０．５）＝約１４μ〜２０μ、
ｄ（０．９）＝約４０μ〜５０μ。
【００１５】
１つの好ましいアルファー半水化物は、ｄ（０．１）＝５μ、ｄ（０．５）＝５０μ、ｄ（０．９）＝１００μのＰＳＤを有する。別のより好ましいアルファー半水化物は、ｄ（０．１）＝５μ、ｄ（０．５）＝２０μ、ｄ（０．９）＝５０μのＰＳＤを有する。なおより好ましいアルファー半水化物は、ｄ（０．１）＝３μ、ｄ（０．５）＝１４μ、ｄ（０．９）＝４０μのＰＳＤを有する。特に好ましいアルファー半水化物は、ｄ（０．１）＝３μ、ｄ（０．５）＝１４．１μ、ｄ（０．９）＝４５．９μのＰＳＤを有する。
【００１６】
また、粉砕化粒子のブレーン表面積は、付随的に、約３１００〜９０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは約３５００〜６０００ｃｍ２／ｇ、そして最も好ましくは約３９００ｃｍ２／ｇである。ブレーン表面積は、イリノイ州ノリッジに所在のＨｕｍｂｏｌｄｔ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏ．，から入手可能な機器、または他の市販の測定機器において測定され得る。
【００１７】
同一のＰＳＤ分析に基づいて、商業グレードのベータ半水化物のＰＳＤは、ｄ（０．１）＝２．１μ、ｄ（０．５）＝９．２μ、ｄ（０．９）＝４９．１μである。商業グレードの粉砕化アルファー半水化物は、典型的に、以下のＰＳＤ：ｄ（０．１）＝４．４μ、ｄ（０．５）＝３６．８μ、ｄ（０．９）＝１６９μを有し、一方、粉砕化されていないアルファー半水化物は、以下のＰＳＤ：ｄ（０．１）＝１７．４μ、ｄ（０．５）＝６４．５μ、ｄ（０．９）＝１６２．８μを有する。商業グレードの粉砕化アルファー半水化物は、典型的に、約２７００ｃｍ２／ｇのブレーン表面積を有する。これらの値は、全て、本発明の実施形態において有用な範囲の外にある。
【００１８】
本発明のアルファー半水化物がベータ半水化物と組み合わせて使用される実施形態において、アルファー半水化物およびベータ半水化物は、好ましくは、スラリーへの導入前にブレンドされる。任意の適切な標準の市販のブレンド機器、または同様な装置が、この目的のために使用さ得る。実験的目的のために、例えば、微細粉砕化アルファー半水化物およびベータ半水化物が、プラスチックバックへ添加され得、次いで、これは密封されそして手で振り、ブレンドを調製する。アルファー半水化物およびベータ半水化物の特に好ましいブレンドは、５０：５０（ｗ／ｗ）である。
【００１９】
水／スタッコ（ｗ／ｓ）比、すなわち「ＷＳＲ」は、重要な経済的パラメータであり、何故ならば、過剰な水は最終的に加熱によって除去されなければならず、これは、加熱処理において使用される高コストの燃料に起因して高価であるからである。プロセス水の量、およびしたがってＷＳＲは低く維持されることが、有利である。本発明の実施形態において、ＷＳＲは、約０．２〜約１．０の範囲にあり得る。好ましい実施形態において、ＷＳＲは、約０．４〜約０．５の範囲であり得、この範囲は、大幅により低い水分要求を実証している。さらに、本発明に従うアルファー半水化物を使用して作製された石膏スラリーは、非常に低いＷＳＲで、例えば約０．２〜約０．３で、優れた流動性を維持することが見出された。前記スラリーを使用して作製された石膏ウォールボードもまた、優れた圧縮強度を示す。
【００２０】
少なくとも約０．１２〜０．４重量％のトリメタリン酸塩および約０．５重量％〜２．５重量％のナフタレンスルホン酸塩分散剤（両方とも、石膏スラリーにおいて使用される乾燥スタッコの重量に基づく）の最小の組み合わせは、本発明に従うアルファー半水化物を使用して達成される流動性の既に顕著な改善を超えて、予想外なことにそして顕著に石膏スラリーの流動性を増加させる。これは、石膏ウォールボードの作製に使用されるために十分な流動性を有する石膏スラリーを製造するために必要とされる量の水をさらに減少させる。標準配合物のそれの少なくとも約２倍である（トリメタリン酸ナトリウムの場合）、トリメタリン酸塩の前記レベルは、ナフタレンスルホン酸塩分散剤の分散剤活性を高めると考えられる。本発明の全ての実施形態において、ナフタレンスルホン酸塩分散剤および水溶性メタリン酸塩または縮合リン酸塩（および好ましくは水溶性トリメタリン酸塩）の両方の組み合わせが使用されなければならないことが、注意されるべきである。
【００２１】
本発明において使用されるナフタレンスルホン酸塩分散剤としては、ポリナフタレンスルホン酸およびその塩（ポリナフタレンスルホン酸塩）ならびにナフタレンスルホン酸およびホルムアルデヒドの縮合生成物である誘導体が挙げられる。特に望ましいポリナフタレンスルホン酸塩としては、ナフタレンスルホン酸ナトリウムおよびナフタレンスルホン酸カルシウムが挙げられる。ナフタレンスルホン酸塩の平均分子量は、約３，０００〜２０，０００の範囲内であり得、しかし、該分子量は約８，０００〜１０，０００であることが好ましい。より高い分子量の分散剤は、より高い粘度を有し、そして配合物中においてより高い水分要求を生じさせる。有用なナフタレンスルホン酸塩としては、Ｈｅｎｋｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＬＯＭＡＲ  Ｄ、オハイオ州クリーブランドに所在のＧＥＯ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手可能なＤＩＬＯＦＬＯ、およびマサチューセッツ州レキシントンに所在のＨａｍｐｓｈｉｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．，から入手可能なＤＡＸＡＤが挙げられる。ナフタレンスルホン酸塩は、例えば約４０〜４５重量％固体含有物の範囲内で、水溶液の形態で使用されることが好ましい。
本発明において有用なポリナフタレンスルホン酸塩は、一般構造（Ｉ）を有し：
【００２２】
【化１】
2009505932.tif 000003
式中、ｎ＞２であり、そして式中、Ｍは、ナトリウム、カリウム、カルシウムなどである。
【００２３】
ナフタレンスルホン酸塩分散剤は、石膏複合配合物において使用される乾燥スタッコの重量に基づいて約０．５重量％〜約２．５重量％の範囲内で使用されなければならない。ナフタレンスルホン酸塩分散剤の好ましい範囲は、乾燥スタッコの重量に基づいて約０．５重量％〜約１．５重量％であり、より好ましい範囲は、乾燥スタッコの重量に基づいて約０．７重量％〜約１．５重量％であり、そして最も好ましい範囲は、乾燥スタッコの重量に基づいて約０．７重量％〜約１．２重量％である。
【００２４】
任意の適切な水溶性メタリン酸塩または縮合リン酸塩が、本発明に従って使用され得る。複塩、即ち、２つの陽イオンを有するトリメタリン酸塩を含む、トリメタリン酸塩が使用されることが好ましい。特に有用なトリメタリン酸塩としては、トリメタリン酸ナトリウム、トリメタリン酸カリウム、トリメタリン酸カルシウム、トリメタリン酸ナトリウムカルシウム、トリメタリン酸リチウム、トリメタリン酸アンモニウム等、またはそれらの組み合わせが挙げられる。好ましいトリメタリン酸塩は、トリメタリン酸ナトリウムである。例えば約１０〜１５重量％固体含有物の範囲で、水溶液としてトリメタリン酸塩を使用することが好ましい。参照により本明細書中に組み込まれる、Ｙｕらへ付与された米国特許第６，４０９，８２５号明細書に記載のような、他の環状または非環状縮合リン酸塩もまた使用され得る。
【００２５】
トリメタリン酸ナトリウムは、石膏含有組成物中において公知の添加剤であるが、それは、一般的に、石膏スラリー中において使用される乾燥スタッコの重量に基づいて約０．０５重量％〜約０．０８重量％の範囲内で使用される。本発明の実施形態において、トリメタリン酸ナトリウム（または、他の水溶性メタリン酸塩または縮合リン酸塩）は、石膏複合配合物中において使用される乾燥スタッコの重量に基づいて約０．１２重量％〜約０．４重量％の範囲内で存在しなければならない。トリメタリン酸ナトリウム（または、他の水溶性メタリン酸塩または縮合リン酸塩）の好ましい範囲は、石膏複合配合物中において使用される乾燥スタッコの重量に基づいて約０．１２重量％〜約０．３重量％である。
【００２６】
特にアルファー化デンプンを含む、デンプンが、本発明に従って調製される石膏含有スラリー中に使用され得る。好ましいアルファー化デンプンは、アルファー化トウモロコシデンプン、例えば、ミズーリ州セントルイスに所在のＢｕｎｇｅから入手可能なアルファー化トウモロコシ粉であり、以下の典型的な分析：水分７．５％、タンパク質８．０％、油分０．５％、粗繊維０．５％、灰分０．３％を有し；０．４８ｐｓｉの生強度を有し；そして３５．０  ｌｂ／ｆｔ３のルーズ嵩密度（ｌｏｏｓｅ  ｂｕｌｋ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を有する。アルファー化トウモロコシデンプンは、石膏含有スラリー中において使用される乾燥スタッコの重量に基づいて、約１０重量％までの量で使用され得る。
【００２７】
他の有用なデンプンとしては、ミズーリ州セントルイスに所在のＢｕｎｇｅからＨＩ−ＢＯＮＤとして入手可能な、酸修飾化トウモロコシ粉等の、酸修飾化デンプンが挙げられる。このデンプンは、以下の典型な分析を有する：水分１０．０％、油分１．４％、可溶分１７．０％、アルカリ性流動性（ａｌｋａｌｉｎｅ  ｆｌｕｉｄｉｔｙ）９８．０％、ルーズ嵩密度３０  ｌｂ／ｆｔ３、および４．３のｐＨを生じさせる２０％スラリー。別の有用なデンプンは、最大可溶分２５．０％を有する、カナダ国ケベック州モントリオールに所在のＡＤＭ／Ｏｇｉｌｖｉｅから入手可能な、ＥＣＯＳＯＬ−４５等の、アルファー化されていない小麦デンプンである。
【００２８】
前記ナフタレンスルホン酸塩分散剤およびトリメタリン酸塩の組み合わせがアルファー化トウモロコシデンプン、および任意に紙繊維またはガラス繊維と組み合わせられる場合、さらに予想外な結果が、本発明で達成され得る。これら３つの成分を含有する配合物から作製された石膏ウォールボードは、増加された強度および減少された重量を有し、そしてそれらの製造における減少された水分要求量に起因してより経済的に望ましい。
【００２９】
促進剤、例えば、Ｙｕらへ付与された、参照により本明細書中に組み込まれる米国特許第６，４０９，８２５号明細書に記載されるような、湿潤石膏促進剤（ｗｅｔ  ｇｙｐｓｕｍ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）（ＷＧＡ）が、本発明の石膏含有組成物中に使用され得る。１つの望ましい耐熱性促進剤（ｈｅａｔ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）（ＨＲＡ）は、粉末石膏（ｌａｎｄｐｌａｓｔｅｒ）（硫酸カルシウム二水和物）の乾燥粉砕から作製され得る。少量の添加剤（通常、約５重量％）、例えば、砂糖、デキストロース、ホウ酸、およびデンプンが、このＨＲＡを作製するために使用され得る。砂糖またはデキストロースが、現在のところ好ましい。別の有用な促進剤は、参照により本明細書中に組み込まれる、米国特許第３，５７３，９４７号明細書に記載されるような、「気候安定性促進剤（ｃｌｉｍａｔｅ  ｓｔａｂｌｅ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）」（ＣＳＡ）または「気候安定化促進剤（ｃｌｉｍａｔｅ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）」である。
【００３０】
本発明の実施形態に従って作製された石膏ウォールボードは、カバーシーまたは表面シートを含み、これらの間に凝固された石膏コアが石膏含有スラリーから形成されている。本発明によれば、石膏含有スラリーは、上述の粒度を有する粉砕化アルファー半水化物、またはこのようなアルファー半水化物およびベータ半水化物のブレンドを含む。凝固された石膏含有コア材料は、２つの実質的に平行なカバーシート、例えばペーパーカバーシートの間に挟まれている。種々のタイプのペーパーカバーシートが当分野において公知であり、そして全てのこのようなタイプのペーパーカバーシートが、本発明において使用され得る。ガラスまたはポリマー繊維のマットを含むカバーシートもまた使用され得る。
【００３１】
下記の実施例は、本発明をさらに例示する。それらは、決して本発明の範囲を限定すると解釈されるべきでない。
焼成技術は、アルファー半水化物を製造する経済的な方法を提供する。しかし、商業グレードの、プラント産生されたアルファー半水化物は、ウォールボード製造において必要とされるように容易には水和され得ない。実施例１に示される通り、標準のアルファー半水化物を所望の粒度分布（「ＰＳＤ」）（図１に示される通り）へ粉砕化することによって、水和プロセスが加速される（図２および下記表１に示される通り）ことが見出された。
【実施例１】
【００３２】
微細粉砕化アルファー半水化物の調製
粉砕化されてないアルファー半水化物を、１．８  ｌｂ．／分に設定して６０Ｈｚ速度で、カリフォルニア州ロングビーチに所在のＶｏｒｔｅｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能なＶｏｒｔｅｃ  Ｍ−１インパクトミルで粉砕化する。原料および微細粉砕化材料のＰＳＤを図１に示す。得られる微細粉砕化アルファー半水化物を、実験室規模のツインシェルミキサーによって５０：５０（ｗｔ／ｗｔ）比でベータ半水化物とブレンドする。
【００３３】
図１に示されるように、微細粉砕化アルファー半水化物のＰＳＤは、ベータ半水化物のＰＳＤと非常によく似ている。粉砕化されていないアルファー半水化物をまた、比較のために示す。
【００３４】
図２に示されるように、微細粉砕化アルファー半水化物およびベータ半水化物の５０：５０ブレンドの水和速度は、たとえ１００％アルファー半水化物サンプルも微細粉砕化されていたとしても、１００％アルファー半水化物から大幅に低下する。水和速度は、Ｖｅｅｒａｍａｓｕｎｅｎｉらに付与された、参照により本明細書中に組み込まれる、米国特許第６，８１５，０４９号明細書の実施例２に記載の試験手順に従って測定した。
表１は、例示的なブレンドについての水和時間の改善を実証する。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
全ての５０：５０ブレンドは、１．０重量％ＬＯＭＡＲ  Ｄを含んだ。
表１に示されるように、９８％水和までの時間（ｋｉｌｎ）は、ブレンドが最適化されたので、約１２分から８．８分へ短縮された。実際に、微細粉砕化アルファー半水化物が、焼成されていない石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ、即ち、「粉末石膏」）を含んだ場合、水和は７．８分でなおより速かった。したがって、アルファー半水化物の微細粉砕は、遅い水和速度の問題を解決する。
【実施例２】
【００３７】
アルファー／ベータブレンドの圧縮強度
図３を参照して、微細粉砕化アルファー半水化物およびベータ半水化物の５０：５０（ｗ／ｗ）ブレンドは、１００％ベータ半水化物とベンチ立方体強度（ｂｅｎｃｈ  ｃｕｂｅ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が一般的に等しいことが示された。図１に報告されるように、１立方フィート当たり（ｐｃｆ）のポンドでの種々の密度で、水およびスタッコのみで作製された正味のスタッコ立方体（フォーム無し）を使用して、圧縮強度（ｐｓｉ）を測定した。粉砕化されていないアルファー半水化物およびベータ半水化物の５０：５０（ｗ／ｗ）ブレンドは、乏しい強度結果を示した。
【実施例３】
【００３８】
サンプル石膏スラリー配合物
石膏スラリー配合物を下記表２に示す。表２中の全ての値は、乾燥スタッコの総重量に基づく重量パーセントとして表される。
【００３９】
【表２】
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【実施例４】
【００４０】
水分要求に対する配合物Ｂの効果
表２に示されるように、配合物Ｂにおけるように、高レベルのトリメタリン酸塩およびデンプンを使用して石膏含有スラリーを調製した。配合物Ｂのようなスラリー組成物は、低ＷＳＲで素晴らしい流動性を有することが判った。図４に示されるように、水分要求は、例えば配合物Ｂを使用して、大幅に低く保持された。スラリーにおける流動性を測定するために、スランプ試験（ｓｌｕｍｐ  ｔｅｓｔ）を下記のように行った。
【００４１】
スランプ試験。この試験を、ミキサーで石膏ボードコアスラリーを使用して行った。スラリーが凝固するのを待つことなしにスラリー直径が測定され得るように、試験を１２×１２インチＰｌｅｘｉｇｌａｓｓプレートにおいて行った。スラリーを、可能な限りミキサーに近くから引き出した。２インチ×４インチの滑らかな壁の黄銅またはＰＶＣ円柱鋳型に、試験スラリーサンプルを素早く充填し、そして溢れ出たものは全て平らになった。次いで、円柱鋳型を真上に迅速に持ち上げ、石膏パティーを得た。石膏パティーの直径を測定した。得られた石膏パティーは、直径約５〜１０インチの範囲内にある。３回の連続的な試験の結果が１／８インチ内になるまでこの試験を繰り返し、次いで、この値をスランプ直径（スランプサイズ）として記録した。全体的な試験手順は、行うために１５秒以上を要するべきではない。
【実施例５】
【００４２】
圧縮強度に対する配合物Ａの効果
配合物Ａ（表２）のようなスラリー組成物は、立方体試験（ｃｕｂｅ  ｔｅｓｔｓ）において使用した場合、より優れた圧縮強度を示すことが判った。図５において示されるように、種々の立方体密度での圧縮強度は、デンプンを有さないかまたはデンプンも分散剤も有さない試験と比較して、配合物Ａを使用した場合に少なくとも約１０％高かった。スラリー中において低ＷＳＲを達成するためにナフタレンスルホン酸塩分散剤が常に必要とされることが、強調されるべきである。
【００４３】
ＡＳＴＭ  Ｃ−４７２に従って、および参照により本明細書中に組み込まれる、Ｖｅｅｒａｍａｓｕｎｅｎｉらへ付与された米国特許第６，８１５，０４９号明細書に従って、圧縮強度を測定した。
【実施例６】
【００４４】
微細粉砕化アルファー半水化物およびベータ半水化物の５０：５０ブレンドで調製したウォールボードの釘抜き試験（Ｎａｉｌ  Ｐｕｌｌ  Ｔｅｓｔ）
サンプル石膏ウォールボードを、参照により本明細書中に組み込まれる、Ｙｕらへ付与された米国特許第６，３４２，２８４号明細書およびＹｕらへ付与された第６，６３２，５５０号明細書に従って調製した。これは、これらの特許の実施例５に記載されるように、フォームの別個の生成、および他の成分のスラリーへの前記フォームの導入を含む。
【００４５】
微細粉砕化アルファー半水化物およびベータ半水化物の５０：５０（ｗ／ｗ）ブレンド、ナフタレンスルホン酸塩分散剤、ならびにトリメタリン酸塩を使用して優れた性能を実証するために、ボードサンプルを０．４７２ＷＳＲで調製した。図６に示されるように、微細粉砕化アルファー半水化物およびベータ半水化物の５０：５０（ｗ／ｗ）ブレンド、スタッコの重量に基づいた１重量％のナフタレンスルホン酸塩分散剤、ならびにスタッコの重量に基づいた０．３重量％のトリメタリン酸塩で作製されたボードは、０．５５ＷＳＲで通常の（プラント粉砕化された）アルファー半水化物およびベータ半水化物の５０：５０（ｗ／ｗ）ブランド（ならびに同一の添加剤）を使用して調製されたボードよりも遥かに優れた釘抜き値（ｎａｉｌ  ｐｕｌｌ  ｖａｌｕｅｓ）を提供した。２つのセットの試験ボードを、ベータ半水化物を有する微細粉砕化アルファー半水化物ブレンドを使用して調製した。
【００４６】
釘抜き耐性試験（Ｎａｉｌ  ｐｕｌｌ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｔｅｓｔｓ）をＡＳＴＭ  Ｃ−４７３に従って行った。さらに、典型的な石膏ウォールボードは約１／２インチ厚であり、そして材料の１，０００平方フィート当たり約１６００〜１８００ポンド（即ち、ｌｂ／ＭＳＦ）の重量を有する。（「ＭＳＦ」は、千平方フィートについての当分野における標準的な省略であり；それは、箱、段ボール媒体（ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ  ｍｅｄｉａ）およびウォールボードについての面積寸法である）
【実施例７】
【００４７】
１００％微細粉砕化アルファー半水化物を使用して調製したスラリー
実施例１において調製した、１００％微細粉砕化アルファー半水化物を、スラリー配合物において使用した場合、遥かに低い水分要求が、ベータ半水化物を使用して作製したスラリーと比較して生じることが予想される。さらに、１００％微細粉砕化アルファー半水化物が、例えば上記実施例３におけるように、トリメタリン酸塩およびナフタレンスルホン酸塩分散剤を含むスラリー配合物中において使用された場合、水分要求がなおさらに減少すること、即ち、約０．２〜約０．３の範囲のＷＳＲが予想される。図７に示されるように、本発明に従って１００％粉砕化アルファー半水化物で作製されたウォールボードは、産業基準を満たすかまたはそれを超える素晴らしい釘抜き値を与えた。３セットの試験ボードを、１００％粉砕化アルファー半水化物を使用して調製した。
【００４８】
本発明を説明する文脈における（特に、以下の特許請求の範囲の文脈における）用語「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」ならびに類似の指示物の使用は、本明細書中で特に示さない限りまたは文脈によって特に明確に否定されない限り、単数および複数の両方を網羅するように解釈される。本明細書中の値の範囲の詳述は、本明細書中において特に示されない限り、該範囲内に入る各別個の値を個々に参照する簡略表記法として役立つように意図されるだけであり、そして各別個の値は、それが個々に本明細書中に列挙されるかのように、本明細書中に組み込まれる。本明細書中に記載される全ての方法は、本明細書中において特に示されない限りまたは文脈によって特に明確に否定されない限り、任意の適切な順番で行われ得る。本明細書中に与えられる任意または全ての例、または例示的な言語（例えば、「例えば（ｓｕｃｈ  ａｓ）」）は、本明細書をより良く示すためだけに意図され、そして特に特許請求の範囲において記載されない限り本発明の範囲を限定するものではない。本明細書中における言語は、特許請求の範囲に記載されていない要素を本発明の実施に必須として示すと解釈されるべきでない。
【００４９】
本発明を実施するために本発明者に公知の最良の形態を含む、本発明の好ましい実施形態が、本明細書中に記載される。示される実施形態は例示のみであり、そして本発明の範囲を限定すると見なされるべきでないことが、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明の１実施形態におけるアルファー半水化物およびベータ半水化物サンプルの粒度分布を示すグラフである。
【図２】図２は、微細粉砕化アルファー半水化物およびベータ半水化物の５０：５０ブレンドの水和速度ならびに１００％アルファー半水化物の水和速度を示すグラフである。
【図３】図３は、微細粉砕化アルファー半水化物およびベータ半水化物の５０：５０（ｗ／ｗ）ブレンドの圧縮強度ならびに１００％ベータ半水化物の圧縮強度を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の１実施形態における石膏含有スラリー配合物（配合物Ｂ）の流動性の指標としてのスランプサイズを示す棒グラフである。
【図５】図５は、本発明の１実施形態における石膏含有スラリー配合物（配合物Ａ）の圧縮強度を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の１実施形態における微細粉砕化アルファー半水化物およびベータ半水化物の５０：５０（ｗ／ｗ）ブレンドで作製したボードの釘抜き試験データを示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の１実施形態に従う１００％粉砕化アルファー半水化物で作製したウォールボードの釘抜き試験データを示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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