(57)【要約】  シロキサンの重合は、漆喰、Ｃ種フライアッシュ、酸化マグネシウム、及びシロキサンと水とのエマルジョンを含む石膏ベースのスラリーを使用して改善される。このスラリーは、シロキサンと水とのエマルジョンを作製するステップ、並びに、次いでこのスラリーと漆喰、酸化マグネシウム及びＣ種フライアッシュの乾燥混合物とを混和するステップを含む、耐水性石膏物品の製造方法で使用される。次いで、このスラリーを所望の通りに成形し、漆喰を硬化させ、シロキサンが重合する。生じた生成物は、組み合っている基質が、酸化マグネシウム及びＣ種フライアッシュ由来成分を含む触媒が全体中に分散した、硫酸カルシウム二水和物結晶とシリコーン樹脂との絡み合った基質を含む心材を有する耐水性石膏パネルを作製するために有用である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
漆喰と、
Ｃ種フライアッシュと、
酸化マグネシウムと、
シロキサン及び水のエマルジョンと
を含むスラリー。
【請求項２】
前記フライアッシュと前記酸化マグネシウムとの比が、約２：１〜約３：１である、請求項１に記載のスラリー。
【請求項３】
前記フライアッシュが、漆喰乾燥重量に対して約０．１％〜約５％の量でスラリー中に存在する、請求項２に記載のスラリー。
【請求項４】
前記フライアッシュが、漆喰乾燥重量に対して約０．１％〜約５％の範囲の量で存在する、請求項１に記載のスラリー。
【請求項５】
前記酸化マグネシウムが、漆喰乾燥重量に対して約０．１％〜約０．５％の量で存在する、請求項１に記載のスラリー。
【請求項６】
前記酸化マグネシウムが、硬焼又は焼殺酸化マグネシウムである、請求項１に記載のスラリー。
【請求項７】
前記エマルジョンが、液体ポリシロキサン及び水を含む、請求項１に記載のスラリー。
【請求項８】
前記シロキサンが、液体の直鎖水素変性シロキサンである、請求項１に記載のスラリー。
【請求項９】
デンプン、発泡剤、硬化促進剤、硬化遅延剤、殺菌剤、分散剤、繊維又は強度増強剤からなる群の少なくとも１つを更に含む、請求項１に記載のスラリー。
【請求項１０】
前記エマルジョンが、安定懸濁液を含む、請求項１に記載のスラリー。
【請求項１１】
前記懸濁液が、乳化剤を含まない、請求項１に記載のスラリー。
【請求項１２】
シロキサン及び水でシロキサンエマルジョンを作製するステップ、
酸化マグネシウム及びＣ種フライアッシュを漆喰と混合するステップ、
シロキサンエマルジョンを前記漆喰／触媒混合物と混和するステップ、
スラリーを成形するステップ、
前記石膏スラリーを硬化させ、壁板心材を形成するステップ、並びに
シロキサンを重合するステップ
を含む、耐水性石膏物品を作製する方法。
【請求項１３】
前記作製ステップが、シロキサン及び水を高せん断ミキサー中で混合する工程を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記成形ステップが、２枚の化粧材料の間にスラリーを挟んで壁板パネルを形成する工程を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記混合ステップが、前記混和ステップ前に行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
水として使用する計量水の測定量の一部を採るステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
酸化マグネシウム及びＣ種フライアッシュ由来成分を含む触媒が全体に分散した、硫酸カルシウム二水和物結晶とシリコーン樹脂との絡み合った基質を含む心材を有する耐水性石膏パネル。
【請求項１８】
絡み合っている前記基質全体に分散した、デンプン、発泡剤、硬化促進剤、硬化遅延剤、殺菌剤、分散剤、繊維又は強度増強剤からなる群の少なくとも１つを更に含む、請求項１７に記載のパネル。
【請求項１９】
前記心材が、２枚の化粧材料の間に挟まれる、請求項１７に記載のパネル。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の背景］
本発明は、シロキサンを含む耐水性石膏製品の作製方法に関する。より具体的には、本発明は、石膏製品中のシロキサンを硬化させるための新規触媒の添加に関する。
【０００２】
石膏をベースとする建築用製品は、一般に建築物に使用される。石膏から作製される壁板は、難燃性であり、ほぼ任意の形状の壁からなる建築物に使用できる。壁板は、主として内壁及び天井材として使用される。石膏は、消音特性を有する。石膏は、損傷したとき、比較的容易に補修されるか又は取り替えられる。塗装及び壁紙を含めた、壁板に施し得る様々な装飾仕上げがある。これらの便宜を全て有しても、石膏は、依然として比較的安価な建築材料である。
【０００３】
石膏は、硫酸カルシウム二水和物、白土又は粉末石膏としても公知である。焼き石膏（ｐｌａｓｔｅｒ  ｏｆ  Ｐａｒｉｓ）は、焼き石膏（ｃａｌｃｉｎｅｄ  ｇｙｐｓｕｍ）、漆喰、硫酸カルシウム半水和物（ｓｅｍｉｈｙｄｒａｔｅ）、硫酸カルシウム半水和物（ｈａｌｆ−ｈｙｄｒａｔｅ）又は硫酸カルシウム半水和物（ｈｅｍｉｈｙｄｒａｔｅ）としても公知である。発電所からの排煙脱硫プロセスの副産物である合成石膏も使用し得る。採掘する際には、生石膏は、一般に二水和物形態で現れる。この形態では、硫酸カルシウムの各分子と結合している水であるおよそ２個の水分子がある。
【０００４】
半水和物形態を作製するために、石膏を焼成して、以下の式：
ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ→ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ＋３／２Ｈ２Ｏ
により水和水の一部を飛ばすことができる。
【０００５】
幾つかの有用な石膏製品は、漆喰を水と混合した後、硫酸カルシウム半水和物を水と反応させて、この半水和物を、硫酸カルシウム二水和物の組み合った結晶の基質に変えることにより、この混合物を硬化させることによって作製できる。この基質が形成する際、この生成物のスラリーは、固くなり、所望の形状を保持する。次いで、過剰の水を、乾燥させることにより生成物から除去しなければならない。
【０００６】
そうなるのを避けるための添加剤がない場合、硬化石膏は、水中に浸漬されると、その重量の最大５０％を吸収する。水を吸収する板又はパネルは、膨潤し、変形し、強度を失う。この特性は、水に曝される可能性のある製品には望ましくない。浴室又は台所などの場所では、高温高湿は普通であり、壁は、はねかけられる可能性がある。このような場所では、耐水性を示す石膏板を使用することにより、強度及び寸法安定性を維持することが好ましい。
【０００７】
石膏製品の耐水性を改良するために、多くの試行がなされてきた。硬化した製品に耐水性を付与するために、ワックス、樹脂及びアスファルトを含めた様々な炭化水素がスラリーに添加されてきた。耐水性を付与するために、石膏製品中でシリコーン樹脂を形成するシロキサンを使用することは、周知である。
【０００８】
石膏スラリー中でのシロキサンの使用は、完成品に耐水性を付与する有用な手段であるが、これに関連する欠点がある。シロキサンは、石膏スラリーに添加してシリコーン樹脂をその場で形成する場合、硬化が遅くなり得る。シロキサンは、反応性シラノール中間体を形成してポリメチルケイ酸を生じ、これが架橋してシリコーン樹脂を形成する。この反応は、ゆっくり進行し、石膏が硬化した後も続くことが多く、耐水性が完全に生じるには１〜２週間要する。この方法を使用して作製される壁板は、これが出荷可能になる前に、耐水性が生じるのに十分な時間保管しなければならない。幾つかの場合では、シロキサンは、適当な時間内で硬化し得ないか、又は完全に硬化し得ない。このような場合では、耐水性は、十分な水準まで石膏板中に生じない。更に、硬化が不完全であると、添加量のより多いシロキサンを使用することになり、原材料費用が上昇する。
【０００９】
アルカリ土類酸化物及び水酸化物などの触媒は、漆喰スラリー中のシロキサンの硬化反応を促進することで知られる。これらの触媒は、比較的水溶性であり、スラリーのｐＨを上昇させる。高いｐＨは、漆喰の再水和を妨げ、幾つかの好ましい壁板添加剤と不都合に反応する恐れがある。したがって、シロキサン重合は促進される一方、他の要件では、これらの触媒の使用は望ましくない。
【００１０】
酸化マグネシウム（「ＭｇＯ」）は、シロキサン反応を触媒することは公知であるが、その触媒反応性が、シロキサンを完全に硬化させるのに十分高い場合、望ましくない亀裂が生じる。軽焼ＭｇＯは、シロキサンを急速硬化させるために必要とされる活性を有するが、この活性により、望ましくない副反応も生じる。これらの副反応は、水素を発生し、その結果、製品の膨張及び硬化石膏の亀裂が生じる。硬焼又は焼殺（ｄｅａｄ−ｂｕｒｎｅｄ）ＭｇＯは、反応性はより低いが、耐水性のより低い製品となる。したがって、ＭｇＯを単独で使用する場合、触媒活性と所望のシロキサン重合度とのバランスを保つことは非常に困難である。
【００１１】
シロキサンの重合を進めることを非常に困難にする、特定の漆喰源もある。石膏は、様々な形態の硫酸カルシウムと、塩と、様々なアルミン酸塩、ケイ酸塩及びアルミノケイ酸塩との複合混合物である。幾つかの石膏源には、シリコーン樹脂の形成を抑制する１つ又は複数の成分が含まれることは明らかである。公知の触媒は、これらの漆喰と共に使用される場合、吸水率５％未満の所望の耐水性水準に達しない。
【００１２】
したがって、当技術分野では、妥当な費用で改良された耐水性を有する耐水性石膏物品を製造する触媒及び方法が必要である。この触媒は、比較的安価であり、シロキサン重合に対して良好な活性を有し、望ましくない副反応を最低限にすべきである。この触媒と他の通常の石膏用添加剤との間の干渉を殆どなくすべきである。
【００１３】
［発明の概要］
これら及び他の必要性は、シロキサンの重合を促進し、幾つかの場合では、ＡＳＴＭ１３９８の規格を満たすために必要とされるシロキサンの量を低減する、本発明によって満たされるか又は乗り越えられる。
【００１４】
より具体的には、シロキサンの重合を、漆喰、Ｃ種フライアッシュ、酸化マグネシウム、並びにシロキサン及び水のエマルジョンを含むスラリーを使用して改良する。このスラリーは、シロキサン及び水のエマルジョンを作製し、次いでこのスラリーを、漆喰、酸化マグネシウム及びＣ種フライアッシュの乾燥混合物と混和すること含む、耐水性石膏物品を作製する方法に使用される。次いで、このスラリーを所望通りに成形し、漆喰を硬化させ、シロキサンが重合する。
【００１５】
生じた生成物は、酸化マグネシウム及びＣ種フライアッシュ由来成分を含む触媒が全体に分散した、硫酸カルシウム二水和物結晶とシリコーン樹脂との絡み合った基質を含む心材を有する耐水性石膏パネルを作製するために有用である。
【００１６】
酸化マグネシウム及びＣ種フライアッシュの混合物は、シロキサンの重合を触媒して、スラリーから作製された生成物の耐水性発現を促進する。壁板などの耐水性製品は、シロキサンの重合反応の完結を待つ長期の間、保管する必要がない。
【００１７】
この触媒の使用により反応度も上昇し、その結果、耐水性が向上する。吸水率５重量％未満は、フライアッシュ及びマグネシアの組合せを使用して達成できたが、どちらかの触媒単独では達成されなかった。したがって、この触媒は、重合反応を促進させること以外に、シロキサンをより完全に重合させることにより、幾つかの場合ではシロキサンの量を低減することも可能にする。シロキサンは、より高価な壁板添加剤の１つであり、添加量の減少により原材料費用が節約される。
【００１８】
本発明の別の利点は、製品の寸法安定性である。この反応を触媒するために使用される幾つかの化合物は、製品が乾燥すると著しく膨張する結果となる。ボード内部が膨張する際、このことによりボード外面に亀裂が生じ、ボードが損傷する。フライアッシュ及び酸化マグネシウムの使用により、完成品には、膨張も亀裂も全くと言ってよいほど生じない。
【００１９】
このフライアッシュ及びマグネシウムの組合せ触媒は、より広範囲の酸化マグネシウムグレードを使用しても、十分な重合を可能とする。従来技術では、焼殺マグネシアが、シロキサン重合用触媒として作用するのに適切であることのみ開示されているが、フライアッシュと組み合わせた場合、硬焼又は軽焼酸化マグネシウムでさえも、使用し得る。この特徴により、石膏製品の製造業者が、スラリー中に使用される酸化マグネシウム源を更に自由に選択できる。
【００２０】
［発明の詳細な説明］
本発明は、重合性シロキサンを、石膏ベース物品を作製するために使用されるスラリーに添加することにより、石膏ベース物品の耐水性を改良することを広範囲に企図する。シロキサンは、エマルジョンの形態で添加することが好ましい。次いで、このスラリーを、成形し、シロキサンの重合を促進する条件下で乾燥させて、高架橋シリコーン樹脂を形成する。高架橋シリコーン樹脂を形成するために、シロキサンの重合を促進する触媒を、石膏スラリーに添加する。
【００２１】
シロキサンは、一般に、液体の直鎖水素変性シロキサンであることが好ましいが、環状水素変性シロキサンであってもよい。このようなシロキサンは、高架橋シリコーン樹脂を形成し得る。このような液体は、当業者に周知であり、市販され、特許文献に記載されている。通常、本発明の実施に有用な直鎖水素変性シロキサンは、一般式：
【化１】
2009503188.tif 000002
（式中、Ｒは、一価の、飽和又は不飽和炭化水素基を表す）
の繰り返し単位を有するものを含む。好ましい実施形態では、Ｒはアルキル基を表し、Ｒはメチル基であることが最も好ましい。重合中、末端基が縮合によって除去され、シロキサン基が共に結合して、シリコーン樹脂を形成する。鎖の架橋形成も起こる。生じたシリコーン樹脂は、石膏基質が形成される際、石膏基質に耐水性を付与する。
【００２２】
本発明の耐水性石膏ベース物品は、シロキサンとして、品名ＳＩＬＲＥＳ  ＢＳ  ９４でＷａｃｋｅｒ−Ｃｈｅｍｉｅ  ＧｍｂＨ（Ｍｕｎｉｃｈ、Ｇｅｒｍａｎｙ）より販売されている無溶媒液体メチル水素シロキサンを使用して作製されることが好ましい。製造業者は、この製品が、水も溶媒も含有しない液体シロキサンであることを示している。乾燥成分の重量に対しＢＳ  ９４シロキサンを約０．３〜１．０％使用できることが意図される。漆喰乾燥重量に対してシロキサンを約０．４〜約０．８％使用することが好ましい。
【００２３】
スラリーの形成後、シロキサンを、水とのエマルジョン又は安定懸濁液に形成する。幾つかのシロキサンエマルジョンは、このスラリー中に使用するために意図される。水中のシロキサンのエマルジョンは購入も可能であるが、これには、壁板製品中のペーパーボンドなどの、石膏物品の特性を改変する傾向がある乳化剤を含む場合がある。したがって、乳化剤を使用せずに調製されたエマルジョン又は安定懸濁液が好ましい。懸濁液は、液体シロキサンを水と混合することにより、その場で形成されることが好ましい。シロキサン懸濁液は、ピンミキサーに到着するまで安定し、スラリー条件下でも良好に分散されたままとなることが必要不可欠である。シロキサン懸濁液又はエマルジョンは、スラリー中に存在する、硬化促進剤などの任意の添加剤の存在下で良好に分散されたままでなければならない。シロキサン懸濁液又はエマルジョンは、石膏ベース物品が同様に形成される各ステップを通じても安定したままでなければならない。懸濁液は、４０分を超える間安定したままであることが好ましい。懸濁液は、少なくとも１時間安定したままであることがより好ましい。以下の議論及び特許請求の範囲では、用語「エマルジョン」は、少なくとも漆喰が５０％硬化するまでは安定している、真のエマルジョン及び懸濁液を含むことを意図する。
【００２４】
好ましい実施形態では、計量水の少なくとも一部は、高せん断ミキサーに連続供給される。液体シロキサンは、水と共に高せん断ミキサー中に計量供給されて、１〜２秒でエマルジョンが形成する。水とシロキサンの比率は重要ではなく、水２５部とシロキサン１部の混合物が有用であることが知られている。このエマルジョンは、乳化剤を添加しなくとも、数分間安定し、この時間は、スラリーを混合し、混合物を形成し、これを硬化開始させるのに十分長い。或いは、計量水の一部を使用してエマルジョンを形成することも企図する。計量水の後流を、高せん断ミキサー中でシロキサンと組み合わせる。次いで、スラリーが形成される前にシロキサンエマルジョンを計量水に添加することにより、シロキサンエマルジョンが、スラリーを形成するために使用される水と完全に混合し、生じた混合物全体に均一に分散されるのに十分な時間が得られることが好ましい。
【００２５】
理論によって縛られることを望まないが、シロキサンが、形成された壁板中で硬化する際、耐水性が向上すると考えられる。重合反応は、それ自体ゆっくり進行し、このことは、出荷前に耐水性を向上させるために、壁板を十分な時間保管することを要求する。触媒が重合反応を促進させることは公知であり、耐水性が向上する際に、壁板製品を保管するために必要とされる時間が触媒によって低減されるか又は省かれる。シロキサン重合のための焼殺酸化マグネシウムの使用は、参照により本明細書に組み込んだ、「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  Ｇｙｐｓｕｍ−Ｂａｓｅｄ  Ａｒｔｉｃｌｅ」と題する、同時係属中の米国特許出願番号１０／９１７１７７に記載されている。焼殺酸化マグネシウムは、非水溶性であり、スラリーの他の成分との相互作用が比較的少ない。これは、シロキサンの硬化を促進することにより、幾つかの場合ではシロキサンがより完全に硬化する。これは、一貫した組成で市販されている。特に好ましい焼殺酸化マグネシウム源は、ＢＡＹＭＡＧ  ９６である。これは、少なくとも０．３ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有する。強熱減量は、０．１重量％未満である。酸化マグネシウムは、漆喰の乾燥重量に対して約０．１〜約０．５％の量で使用されることが好ましい。
【００２６】
焼成温度に応じて、少なくとも３つのグレードの酸化マグネシウムが市場に出回っている。「焼殺」酸化マグネシウムは、１５００℃〜２０００℃で焼成され、全てではないにしても反応性の殆どが除去される。ＭａｇＣｈｅｍ  Ｐ９８−ＰＶ（Ｍａｒｔｉｎ  Ｍａｒｉｅｔｔａ  Ｍａｇｎｅｓｉａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ、Ｂｅｔｈｅｓｄａ、ＭＤ）は、「焼殺」酸化マグネシウムの一例である。ＢａｙＭａｇ  ９６（Ｂａｙｍａｇ、Ｉｎｃ．ｏｆ  Ｃａｌｇａｒｙ、Ａｌｂｅｒｔａ、Ｃａｎａｄａ）及びＭａｇＣｈｅｍ  １０（Ｍａｒｔｉｎ  Ｍａｒｉｅｔｔａ  Ｍａｇｎｅｓｉａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ、Ｂｅｔｈｅｓｄａ、ＭＤ）は、「硬焼」マグネシアの例である。「硬焼」酸化マグネシウムは、１０００℃〜約１５００℃の温度で焼成される。これは、狭い範囲の反応性、高密度を有し、動物の飼料及び肥料の場合などの、遅い分解又は化学反応性が要求される用途に通常使用される。第３のグレードは、温度約７００℃〜約１０００℃で焼成することにより製造される、「軽焼（ｌｉｇｈｔ−ｂｕｒｎ）」又は「軽焼（ｃａｕｓｔｉｃ）」マグネシアである。この種のマグネシアは、プラスチック、ゴム、紙及びパルプ加工、鋼製ボイラー添加剤、接着剤並びに酸中和剤を含む広範な用途に使用される。軽焼マグネシアの例には、ＢａｙＭａｇ  ３０、ＢａｙＭａｇ  ４０、及びＢａｙＭａｇ  ３０（約３２５メッシュ）（ＢａｙＭａｇ、Ｉｎｃ．ｏｆ  Ｃａｌｇａｒｙ、Ａｌｂｅｒｔａ、Ｃａｎａｄａ）が挙げられる。
【００２７】
好ましい触媒が、酸化マグネシウムとＣ種フライアッシュとの混合物から作製されることが見出された。このように組み合わせると、酸化マグネシウムの任意のグレードが有用となる。しかしながら、焼殺及び硬焼酸化マグネシウムは、反応性が低いため好ましい。酸化マグネシウムの比較的高い反応性により、水素を発生し得る亀裂反応が起こる恐れがある。水素が発生すると、製品が膨張することにより、漆喰が硬化した箇所に亀裂が発生する。膨張により、漆喰がその中に注がれる型枠の破壊が生ずる結果、１つ又は複数の次元で、製品の細部が損傷し変形する。好ましくは、ＢａｙＭａｇ  ９６、ＭａｇＣｈｅｍ  Ｐ９８−ＰＶ及びＭａｇＣｈｅｍ  １０が、好ましい酸化マグネシウム源である。酸化マグネシウム及びフライアッシュは、計量水に添加される前に、漆喰に添加されることが好ましい。このような乾燥成分は、コンベアに沿ってミキサーに移動する際に、漆喰にしばしば添加される。
【００２８】
好ましいフライアッシュは、Ｃ種フライアッシュである。水硬性Ｃ種フライアッシュ、又はこの同等物は、最も好ましいフライアッシュ成分である。Ｃ種フライアッシュの典型的な組成を表１に示す。２０重量％を超える石灰を有する、高石灰含量のフライアッシュ、これは、特定の石炭の加工から得られる。参照により本明細書に組み込んだＡＳＴＭ記号Ｃ−１６８には、Ｃ種フライアッシュの特性が記載されている。好ましいＣ種フライアッシュは、Ｂａｙｏｕ  Ａｓｈ  ｉｎｃ．、Ｂｉｇ  Ｃａｊｕｎ、ＩＩ、ＬＡによって供給される。フライアッシュは、漆喰乾燥重量に対して約０．１％〜約５％の量で使用されることが好ましい。フライアッシュは、漆喰乾燥重量に対して約０．２％〜１．５％の量で使用されることがより好ましい。
【００２９】
【表１】
2009503188.tif 000003
【００３０】
シロキサンの触媒反応の結果、シロキサンがより速くより完全に重合し且つ架橋することによりシリコーン樹脂が形成する。漆喰の水和反応により、硫酸カルシウム二水和物結晶の組み合う基質が形成される。石膏基質が形成している間も、シロキサン分子は、シリコーン樹脂基質を形成している。これらは同時に形成されるので、２種の基質は、互いに、少なくとも部分的に絡み合う。スラリー全体に分散した、過剰の水とフライアッシュ、酸化マグネシウム及び下記の添加剤を含むスラリーへの添加剤は、基質の隙間全体に分散した状態になる。
【００３１】
石膏ボードを作製するために使用される場合、幾つかの添加剤が、完成品の特性を改良するために有用である。従来の添加剤量が使用される。記載の場合を除き、添加剤を妨げる、触媒又はポリシロキサンの公知の相互作用はない。数種の添加剤の量は、板の千平方フィート当たりの添加剤のポンドを表す「ｌｂｓ／ＭＳＦ」として報告する。
【００３２】
本発明の幾つかの実施形態は、硬化石膏含有製品中に空隙を生じさせて重量を低くするために発泡剤を採用する。これらの実施形態では、発泡硬化石膏製品を調製するのに有用なことで知られる任意の従来の発泡剤を採用してもよい。多くのこのような発泡剤は、周知であり、容易に市販で入手でき、例えば、ＧＥＯ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ａｍｂｌｅｒ、ＰＡからのＨＹＯＮＩＣ群の石鹸がある。発泡剤及び発泡石膏製品を調製する好ましい方法は、参照により本明細書に組み込んだ米国特許第５６８３６３５号に記載されている。
【００３３】
分散剤は、スラリーの流動性を改良し、スラリーを作製するために使用される水の量を低減するために使用される。ポリカルボキシレート、スルホン化メラミン又はナフタレンスルホン酸塩を含めた、任意の公知の分散剤が有用である。ナフタレンスルホン酸塩は、最も好ましい分散剤であり、約０ｌｂ／ＭＳＦ〜１８ｌｂ／ＭＳＦ、好ましくは約４ｌｂ／ＭＳＦ〜約１２ｌｂ／ＭＳＦの量で使用される。好ましいナフタレンスルホン酸塩分散剤は、ＤＡＸＡＤ分散剤（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｍｉｄｌａｎｄ、ＭＩ）である。
【００３４】
水は、流動性スラリーを作製する任意の量でスラリーに添加する。使用すべき水の量は、そのスラリーが使用されている用途に従って大きく変わり、的確な分散剤が使用され、漆喰及び添加剤の特性が利用される。壁板用の、漆喰に対する水の比率（「ＷＳＲ」）は、漆喰の乾燥重量に対して約０．２〜約１．２であることが好ましい。普通、約０．４〜約０．９のＷＳＲが好ましい。スラリーを作製するために使用される水は、スラリーと硬化漆喰との双方の特性を最良に制御した場合の現物と同じ純度となるべきである。塩と有機化合物は、スラリーの硬化時間を変化させることが周知であり、硬化促進剤から硬化抑制剤まで広く様々である。何らかの不純物は、二水和物結晶の組み合う基質が形成する際、構造中の不規則性をもたらし、硬化製品の強度を低下させる。したがって、製品強度及び堅牢度は、現物と同様に不純物の含まない水の使用によって高くなる。
【００３５】
硫酸カルシウム半水和物又は焼き石膏としても公知の漆喰は、乾燥材料の少なくとも５０％の量で存在する。漆喰の量は、少なくとも８０％であることが好ましい。多くの壁板配合では、乾燥成分物質は、９０％又は９５％さえ超える硫酸カルシウム半水和物である。焼成の方法は重要ではなく、α又はβ−焼成漆喰のどちらかが適切である。硫酸カルシウム硬石膏の使用も意図されるが、２０％未満の少量で使用することが好ましい。
【００３６】
幾つかの実施形態では、トリメタホスフェート化合物を石膏スラリーに添加して、製品の強度を高め、硬化石膏の耐へたり性を改善する。トリメタホスフェート化合物の濃度は、焼成石膏の重量に対して約０．０７％〜約２．０％であることが好ましい。トリメタホスフェート化合物を含む石膏組成物は、その双方を参照により本明細書に組み込んだ、米国特許第６３４２２８４号及び第６６３２５５０号に開示されている。例示的トリメタホスフェート塩には、Ａｓｔａｒｉｓ、ＬＬＣ．、Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯから入手できるものなどの、トリメタホスフェートのナトリウム、カリウム又はリチウム塩が挙げられる。スラリーのｐＨを上昇させる、石灰又は他の改質剤と共にトリメタホスフェートを使用する場合、注意を払わなければならない。ｐＨが約９．５を超えると、トリメタホスフェートは、製品を強化する能力を緩め、スラリーは、非常に遅延的となる。
【００３７】
他の添加剤も、石膏スラリーが使用されるような特定の用途に対して一般的であるようなスラリーに添加される。硬化遅延剤（最大約２ｌｂ．／ＭＳＦ（９．８ｇ／ｍ２））又は乾燥促進剤（最大約３５ｌｂ．／ＭＳＦ（１７０ｇ／ｍ２））を添加して、水和反応が生じる速度を変える。「ＣＳＡ」は、５％の糖と共に粉砕した９５％の硫酸カルシウム二水和物を含み、２５０°Ｆ（１２１℃）に加熱して糖をカラメルにする硬化促進剤である。ＣＳＡは、ＵＳＧ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｓｏｕｔｈａｒｄ、ＯＫ  ｐｌａｎｔから入手でき、参照により本明細書に組み込んだ、米国特許第３５７３９４７号に従って作製される。硫酸カリウムは、別の好ましい硬化促進剤である。ＨＲＡは、硫酸カルシウム二水和物１００ポンドに対し糖約５〜２５ポンドの割合で、糖と共に粉砕したばかりの硫酸カルシウム二水和物である。参照により本明細書に組み込んだ、米国特許第２０７８１９９号にも更に記載されている。これらは、双方とも好ましい硬化促進剤である。
【００３８】
湿式石膏硬化促進剤又はＷＧＡとして知られる別の硬化促進剤も、好ましい硬化促進剤である。湿式石膏硬化促進剤の使用及び作製方法の記述は、参照により本明細書に組み込んだ米国特許第６４０９８２５号に開示されている。この硬化促進剤には、有機リン化合物、ホスフェート含有化合物又はこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種の添加剤が含まれる。この特定の硬化促進剤は、相当の寿命を示し、経時有効性を維持し、したがって、湿式石膏硬化促進剤は、使用前に作製され、保管され、長距離輸送もされる。湿式石膏硬化促進剤は、板製品に対して、千平方フィート当たり約５〜約８０ポンドの範囲の量（２４．３〜３９０ｇ／ｍ２）で使用される。
【００３９】
壁板への他の見込まれる添加剤は、カビ、白カビ又は菌類の生育を低減する殺菌剤である。殺菌剤は、壁板用に選択される殺菌剤及びこれに関する使用目的に応じて、被覆材、石膏心材又はこの両方に添加してもよい。殺菌剤の例には、ホウ酸、ピリチオン塩及び銅塩が挙げられる。殺菌剤は、被覆材か又は石膏心材に添加してもよい。殺菌剤は、使用する場合、５００ｐｐｍ未満の量で被覆材中に使用される。ピリチオンは、２−メルカプトピリジン−Ｎ−オキシド、２−ピリジンチオール−１−オキシド（ＣＡＳ登録番号１１２１−３１−９）、１−ヒドロキシピリジン−２−チオン及び１−ヒドロキシ−２（１Ｈ）−ピリジンチオン（ＣＡＳ登録番号１１２１−３０−８）を含めた幾つかの名称で知られる。ピリチオンナトリウム（ＣＡＳ登録番号３８１１−７３−２）として公知のナトリウム誘導体（Ｃ５Ｈ４ＮＯＳＮａ）は、特に有用なこの塩の一実施形態である。Ｓｏｄｉｕｍ  ＯＭＡＤＩＮＥ又はＺｉｎｃ  ＯＭＡＤＩＮＥなどのピリチオン塩は、Ａｒｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｉｎｃ．ｏｆ  Ｎｏｒｗａｌｋ、ＣＴから市販されている。
【００４０】
更に、石膏組成物は、α化デンプン又は酸変性デンプンなどのデンプンを場合により含んでもよい。デンプンを、約３〜約２０ｌｂｓ／ＭＳＦ（１４．６〜９７．６ｇ／ｍ２）の量で使用して、紙の接着を高め、製品を強化する。α化デンプンを含むと、硬化及び乾燥石膏鋳造物の強度が上昇し、高湿条件下（例えば、焼き石膏に対する水の高い比率に関して）で、紙の層間剥離の危険を最小限にするか又は避ける。当業者であれば、例えば、少なくとも約１８５°Ｆ（８５℃）の温度で生デンプンを水中で調理する方法又は他の方法などの、生デンプンを予めゼラチン化する方法は認識されよう。α化デンプンの適切な例には、以下のものに限らないが、Ｌａｕｈｏｆｆ  Ｇｒａｉｎ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＰＣＦ  １０００  Ｓｔａｒｃｈ及びＡｒｃｈｅｒ  Ｄａｎｉｅｌｓ  Ｍｉｄｌａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙから共に市販されているＡＭＥＲＩＫＯＲ  ８１８  ａｎｄ  ＨＱＭ  ＰＲＥＧＥＬ  ｓｔａｒｃｈｅｓが挙げられる。α化デンプンは、含まれる場合、任意の適切な量で存在する。例えば、α化デンプンは、含まれる場合、硬化石膏組成物の約０．５重量％〜約１０重量％の量で存在するように硬化石膏組成物を形成するために使用される混合物に添加することができる。ＵＳＧ９５（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｇｙｐｓｕｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｃｈｉｃａｇｏ、ＩＬ）などのデンプンも、心材強度のために場合により添加する。
【００４１】
製品の特別な特性を改変するために、他の公知の添加剤を、必要に応じて、使用してもよい。ブドウ糖などの糖は、板の端部において紙の接着性を改良するために使用される。ワックスエマルジョン又はシロキサンは、耐水性のために使用される。剛性が必要とされる場合、一般にホウ酸を添加する。難燃性は、ヒル石を添加することによって改良できる。これら及び他の公知の添加剤は、本発明のスラリー及び壁板の配合物に有用である。ガラス繊維は、場合により、最大１１ｌｂ．／ＭＳＦ（５４ｇ／ｍ２）の量でスラリーに添加される。最大１５ｌｂ．／ＭＳＦ（７３．２ｇ／ｍ２）の紙の繊維も、スラリーに添加する。完成した石膏板パネルの耐水性を改良するために、ワックスエマルジョンを、最大９０ｌｂ．／ＭＳＦ（．４３９ｋｇ／ｍ２）の量で石膏スラリーに添加する。
【００４２】
操業の際、後流を計量水から採り、高せん断ミキサー中でシロキサンと水を組み合わせて、シロキサンエマルジョンを形成する。この２成分を、安定エマルジョンが形成されるまで数分間混合する。このエマルジョンは、高せん断ミキサーから、計量水の残りと組み合わせられるスラリーミキサーに直接進む。
【００４３】
一方では、漆喰をスラリーミキサーの方に移動させる。ミキサーに入る前に、デンプンなどの乾燥添加剤、又は硬化促進剤を粉末漆喰に添加する。幾つかの添加剤を、個別の管路を経てミキサーに直接添加する。殆どの添加剤の場合、添加剤をスラリー中に入れることに関して臨界条件はなく、これらの添加剤は、便利である装置又は方法であれば何れも使用して添加してもよい。
【００４４】
混合後、壁板は、製品の密度を下げるために添加される泡を場合により有する。泡は、石鹸と水とを組み合わせることによって発生させる。次いで、この泡は、ミキサーからホース又はシュートを通して出た後、移動中の石膏スラリーの中に注入される。フォームリングは、泡が、フォームリングの傍を通る際、圧力下で石膏スラリー中に押し入れられるように、ホースの軸に垂直な管の中に配置されている複数の開口を有する器具である。
【００４５】
泡及びスラリーを合わせて運んでくる際、生じたスラリーを、１枚の化粧材料を敷いたコンベアの方へ移動し、コンベア上に注ぐ。別の１枚の化粧材料を、スラリーの上面に配置して、スラリーが２つの化粧材料の間にあるサンドイッチを形成する。このサンドイッチを成形プレートに送り、その高さによって板の厚みが決定する。次いで、連続サンドイッチを、刃物で適切な長さに、普通８フィート〜１２フィートに切断する。
【００４６】
次いで、板を炉に移して乾燥する。炉内の温度は、通常４５０°Ｆ〜最大５００°Ｆの範囲にある。炉内には３つ以上の温度ゾーンがあることが好ましい。湿潤板が接触する第１ゾーンでは、温度は最大温度まで上昇する一方、最後の２つのゾーンでは、温度はゆっくり下がる。第１ゾーン用ブロワーをゾーン出口に配置し、板の進行方向に反して空気を送風する。第２及び第３ゾーンでは、ブロワーをゾーンの入口に配置し、板の進行と並流して熱風を送る。最後のゾーンでは、比較的軽度の加熱処理により、板の乾燥領域の焼成を防ぎ、その結果として紙の接着不良が生じる。炉内の通常の滞留時間は約４０分であるが、この時間は、ライン能力、板の湿潤度及び他の因子に応じて様々であろう。
【００４７】
実施例１
ＢＡＹＭＡＧ  ３０焼殺酸化マグネシウム２グラム及びＣ種フライアッシュ４グラムを、表ＩＩに指定した幾つかの供給源の各々からの漆喰５００グラムに添加した。これらの乾燥成分をプラスチック袋に入れて振とうすることによりこれらを混合した。エマルジョンは、高せん断Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ  Ｍｉｘｅｒ（Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ、Ｅａｓｔ  Ｌｏｎｇｍｅａｄｏｗ、ＭＡ）中にＢＳ  ９４  シロキサン３．２グラムと水５５０グラムとを２．５分間混合することにより調製した。このエマルジョンを、７５００ｒｐｍ、１０秒間での１リットルのＷａｒｉｎｇ  ｂｌｅｎｄｅｒ（Ｗａｒｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、Ｉｎｃ．、Ｔｏｒｒｉｎｇｔｏｎ、ＣＴ）に移した。次いで、このスラリーを、２”×２”×２”の立方形型枠に流し込んだ。硬化後、この立方体を型から取り出してオーブン中に置き、１１０°Ｆで恒量まで乾燥した。乾燥立方体を水中に２時間浸漬して、参照により本明細書に組み込んだＡＳＴＭ  Ｃ１３９６に規格されている吸水試験を行った。浸漬中の重量増分を使用して水の吸水率を算出した。
【００４８】
【表２】
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【００４９】
本実施例は、様々な漆喰中で吸水率を５％未満に低減する、この触媒組合せの能力を実証している。
【００５０】
実施例２
１２ｌｂ／ＭＳＦシロキサンを含み、表ＩＩＩに示す酸化マグネシウム及びフライアッシュを有するスラリーの挙動を試験するために行われる商業規模試験。フライアッシュ及び酸化マグネシウムを、ミキサーに入れる前に漆喰に添加した。焼成酸化マグネシウムのブランド及び種類も表ＩＩＩに示す。
【００５１】
シロキサンを、計量水に添加し、高せん断ミキサー中で混合してエマルジョンを形成した。このエマルジョン及び乾燥成分を、均質なスラリーが形成されるまで漆喰ミキサー中で組み合わせ、このスラリーを、コンベア上の化粧紙の上に堆積させた。裏紙をスラリー上に配置し、このサンドイッチを、均一な１／２インチ（１．２ｃｍ）厚に平坦化する成形ローラーに送った。スラリーが、その形状を保持するのに十分硬化した際、連続板を８フィートの長さに切断した。
【００５２】
【表３】
2009503188.tif 000005
【００５３】
フライアッシュをＭａｇＣｈｅｍ  １０焼殺酸化マグネシウムに添加した際、耐水性は、２５％を超えるまでに改善した。同じ量のフライアッシュを、ＢａｙＭａｇ  ３０の３ｌｂ／ＭＳＦに添加した際も、同じ比較が適用される。フライアッシュとＢａｙＭａｇ  ３０の３ｌｂ／ＭＳＦとの組合せも、ＢａｙＭａｇ  ３０の４ｌｂ／ＭＳＦ単独より性能が向上する。
【００５４】
実施例３
立方体を、Ｓｈｏａｌｓ漆喰及び０．６ｗｔ％ＢＳ  ９４シロキサンを使用して、実施例１に従って作製した。表ＩＶに示すように、ＢａｙＭａｇ  ３０酸化マグネシウム、フライアッシュ、又はその双方のどちらかをスラリーに添加した。目標吸水率は６％であった。
【００５５】
【表４】
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【００５６】
酸化マグネシウム及びフライアッシュを共に使用する場合、水の削減は、上記実施例における大きさの程度にまで改善した。
【００５７】
実施例４
石膏立方体を、表ＩＶに示すシロキサン添加量及び触媒組成物を使用して、実施例１の方法に従って作製した。吸水試験の結果を表Ｖにも示す。
【００５８】
【表５】
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【００５９】
これらの試験を、満足な耐水性を得ることが特に困難である漆喰に関して実施した。フライアッシュもＭｇＯも、単独では、所望の基準である５％未満の吸水率を達成することができなかった。しかしながら、双方の触媒を共に使用した場合、シロキサン添加量がより低い場合でさえ、その基準より十分低い吸収率を達成した。
【００６０】
実施例５
壁板中のこの触媒を商業規模で試験する工場試験を行った。壁板の組成物を表ＶＩに示す。
【００６１】
【表６】
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【００６２】
ＨＲＡ、トリメタホスフェート、ＵＳＧ９５、増粘剤、Ｄａｘａｄ、ＬＣ−２１１、フライアッシュ及びＭｇＯを乾燥漆喰に添加した。シロキサン水及びシロキサンを高速ミキサー中で１分未満の間高速混合して、水中のシロキサンの安定懸濁液を作製した。次いで、この懸濁液を、スラリーミキサーに送り込み、計量水、該触媒／漆喰ブレンドと組み合わせた。ミキサー中の滞留は１５秒未満であった。スラリーをミキサーから排出する際、石鹸から作製される泡、発泡用空気及び発泡用水をスラリー中に注入して製品密度を低くした。
【００６３】
【表７】
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【００６４】
立方体を、ＡＳＴＭＣ１３９６に従ってスラリー試料から作製した。泡試験の結果を表ＶＩＩに示す。これらの試験により、５％未満の吸水率を有する壁板が、触媒、スラリー及び本発明の方法を使用して商業環境内で生産できることが確認される。
【００６５】
シロキサン重合用フライアッシュ及び酸化マグネシウム触媒の特定の実施形態を示し説明してきたが、本発明のより広い観点で、及び以下の特許請求の範囲に記載のように本発明から逸脱することなくこれに対して変更及び修正を行ってもよいことは、当業者であれば認識されよう。
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月25日(2008.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
漆喰と、
Ｃ種フライアッシュと、
酸化マグネシウムと、
シロキサン及び水のエマルジョンと
を含むスラリー。
【請求項２】
前記フライアッシュと前記酸化マグネシウムとの比が、約２：１〜約３：１である、請求項１に記載のスラリー。
【請求項３】
前記フライアッシュが、漆喰乾燥重量に対して約０．１％〜約５％の量でスラリー中に存在する、請求項２に記載のスラリー。
【請求項４】
前記フライアッシュが、漆喰乾燥重量に対して約０．１％〜約５％の範囲の量で存在する、請求項１に記載のスラリー。
【請求項５】
前記酸化マグネシウムが、漆喰乾燥重量に対して約０．１％〜約０．５％の量で存在する、請求項１に記載のスラリー。
【請求項６】
前記酸化マグネシウムが、硬焼又は焼殺酸化マグネシウムである、請求項１に記載のスラリー。
【請求項７】
前記エマルジョンが、液体ポリシロキサン及び水を含む、請求項１に記載のスラリー。
【請求項８】
前記シロキサンが、液体の直鎖水素変性シロキサンである、請求項１に記載のスラリー。
【請求項９】
デンプン、発泡剤、硬化促進剤、硬化遅延剤、殺菌剤、分散剤、繊維又は強度増強剤からなる群の少なくとも１つを更に含む、請求項１に記載のスラリー。
【請求項１０】
前記エマルジョンが、安定懸濁液を含む、請求項１に記載のスラリー。
【請求項１１】
前記懸濁液が、乳化剤を含まない、請求項１に記載のスラリー。
【請求項１２】
シロキサン及び水でシロキサンエマルジョンを作製するステップ、
酸化マグネシウム及びＣ種フライアッシュを漆喰と混合するステップ、
シロキサンエマルジョンを前記漆喰／触媒混合物と混和するステップ、
スラリーを成形するステップ、
前記石膏スラリーを硬化させ、壁板心材を形成するステップ、並びに
シロキサンを重合するステップ
を含む、耐水性石膏物品を作製する方法。
【請求項１３】
前記作製ステップが、シロキサン及び水を高せん断ミキサー中で混合する工程を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記成形ステップが、２枚の化粧材料の間にスラリーを挟んで壁板パネルを形成する工程を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記混合ステップが、前記混和ステップ前に行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
水として使用する計量水の測定量の一部を採るステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
酸化マグネシウム及びＣ種フライアッシュ由来成分を含む触媒が全体に分散した、硫酸カルシウム二水和物結晶とシリコーン樹脂との絡み合った基質を含む心材を有する耐水性石膏パネル。
【請求項１８】
絡み合っている前記基質全体に分散した、デンプン、発泡剤、硬化促進剤、硬化遅延剤、殺菌剤、分散剤、繊維又は強度増強剤からなる群の少なくとも１つを更に含む、請求項１７に記載のパネル。
【請求項１９】
前記心材が、２枚の化粧材料の間に挟まれる、請求項１７に記載のパネル。
【国際調査報告】
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