(57)【要約】  発泡石膏スラリーを作製するための、（ａ）ミョウバンおよび炭酸カルシウム、ならびに／または（ｂ）ゼオライトおよび過炭酸ナトリウムを含む、硫酸カルシウム半水和物の石膏ベースの組成物。本組成物から発泡石膏スラリーを作製するための方法。本組成物から発泡石膏製品を作製するための方法。発泡石膏製品で充填された空洞を有する空洞壁。【選択図】図１
2019531251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石膏ベースの組成物であって、無水基準における１００重量部の原料に基づいて、
５０〜９８重量％の硫酸カルシウム半水和物と、
−ＣＯ２ガスを発生させるための、１．５〜５０重量％の炭酸カルシウムと、硫酸アルミニウムおよび硫酸アルミニウムカリウムから選択される、１．５〜３０重量％の少なくとも１種のアルミニウム化合物との、第１の組み合わせ、および／または
−酸素ガスを発生させるための、１〜１０重量％のゼオライトと、濃厚水溶液として提供される１〜１０重量％の過酸化水素および１〜１０重量％の過炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣａＣＯ３・１．５Ｈ２Ｏ２）の群のメンバーとの、第２の組み合わせ、から選択されるガスを発生させるための化合物の組み合わせと、
０．１〜１０重量％のセルロース増粘剤と、を含む、前記原料の混合物を含む、石膏ベースの組成物。
【請求項２】
前記混合物原料が、１００重量部の前記混合物の前記原料に基づいて、
−０．１〜１重量％のキレート剤と、
−０．０５〜１重量％の殺生物剤と、のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記アルミニウム化合物および／またはゼオライトが、存在する場合、混合工程中にスラリー中のシェルに封入された粉末の粒子に適切な剪断力が加えられたときに、前記粉末の制御された放出のために前記シェルに封入された前記粉末の前記粒子である、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記原料が、前記炭酸カルシウムおよび前記アルミニウム化合物を含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記原料が、
前記ゼオライトと、前記過酸化水素および過炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣａＣＯ３・１．５Ｈ２Ｏ２）の濃厚溶液からなる群のメンバーと、を含み、前記ゼオライトが、天然ゼオライトを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
発泡石膏スラリーを作製する方法であって、
水と、
前記発泡石膏スラリーを形成するための請求項１〜５のいずれかに記載の組成物であって、前記水と硫酸カルシウム半水和物との重量比が０．２〜２：１であり、前記水が、存在する場合、ラテックス水性媒体の水に追加されたものである、組成物と、を混合することを含み、
前記発泡石膏スラリーが、１５〜９０体積パーセントの気泡を有する、方法。
【請求項７】
発泡石膏製品を作製する方法であって、
水と、
発泡石膏スラリーを形成するための請求項１〜５のいずれかに記載の組成物であって、前記水と硫酸カルシウム半水和物との重量比が０．２〜２：１である、組成物と、を混合することを含み、
前記発泡石膏製品を形成するために、前記発泡石膏スラリー中の硫酸カルシウム半水和物が、硫酸カルシウム二水和物に変換、硬化および乾燥し、
前記硬化および乾燥された発泡石膏スラリーから得られた前記発泡石膏製品が、１０〜５５ポンド／立方フィートの比重を有し、
前記発泡石膏製品が、３０〜９０体積パーセントの全空隙体積を有する、方法。
【請求項８】
前記方法が、作業現場でのバッチ、半連続バッチ、もしくは連続処理を介して、または製造工程の一部として行われ、
第１のスラリーを形成するために、前記硫酸カルシウム半水和物および前記炭酸カルシウムを水と混合することと、
ミョウバン溶液を形成するために、前記アルミニウム化合物を水と混合することと、
コネクタ導管から排出開口部を通って排出される合流混合流を生成するように、前記コネクタ導管内で合流するために、前記第１のスラリーおよび前記ミョウバン溶液を、コネクタ導管のそれぞれの流入開口部を通して送ることと、
前記発泡石膏スラリーを生成するために、前記炭酸カルシウムの一部分を前記アルミニウム化合物と反応させることによって、前記炭酸カルシウムの前記少なくとも一部分を活性化するように、静的ミキサーまたは動的ミキサーから選択される合流流ミキサーで前記合流混合流を混合することと、
前記合流混合発泡流を前記合流流ミキサーから２枚の壁ボードの間の空洞に移送することと、
前記空洞内の前記発泡石膏スラリーを、膨張、凝固、および乾燥させることと、を含む、請求項７に記載の発泡石膏製品を作製する方法。
【請求項９】
前記コネクタ導管が、Ｙ型コネクタ導管およびＴ型コネクタから選択され、
前記Ｙ型コネクタ導管が、第１の流入開口部を画定する第１の側部流入管と、第２の流入開口部を画定する第２の側部流入管と、排出開口部を画定する排出管と、を有し、前記Ｙ型コネクタ導管の前記第１の側部流入管および前記第２の側部流入管が、鋭角を画定し、前記Ｙ型コネクタ導管の前記第１の側部流入管および前記排出管が、第１の鈍角を画定し、前記Ｙ型コネクタ導管の前記第２の側部流入管および前記排出管が、第２の鈍角を画定し、
前記Ｔ型コネクタが、第２の開口端に対向する第１の開口端を有する第１の管と、前記第１の管と連通し、第３の開口端を画定する第２の管と、を有し、前記第１の管が、前記第２の管に対して垂直であり、前記第１、第２、および第３の開口端のうちの１つが、前記第１の流入開口部であり、前記第１の流入開口部ではない前記第１、第２、および第３の開口端のうちの１つが、前記第２の流入開口部であり、前記第１の流入開口部もしくは前記第２の流入開口部ではない前記第１、第２、もしくは第３の開口端が、前記排出開口部である、請求項８に記載の発泡石膏製品を作製する方法。
【請求項１０】
対向するボードパネルであって、前記対向するボードパネル間の空洞を画定するスタッドを含むフレームに取り付けられている、ボードパネルと、
水および前記空洞内に配置された請求項１〜５のいずれかに記載の石膏ベースの組成物から作製された、硬化および乾燥された発泡石膏スラリーから得られる発泡石膏製品であって、前記発泡石膏製品が、１０〜５５ポンド／立方フィートの比重を有し、前記発泡石膏製品が、３０〜９０体積パーセントの全空隙体積を有する、発泡石膏製品と、を備える、空洞壁システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製品の構造中に埋め込まれた空隙を有する発泡石膏スラリーおよび石膏製品をスラリーから調製するための方法および組成物に関する。この製品の用途としては、この制御可能な急速硬化石膏ベースの発泡材料の、空洞（大または小）または亀裂充填剤としての用途が挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
典型的には、石膏含有セメント質製品は、セメント質スラリーを成形するのに適切な、焼き石膏（硫酸カルシウムアルファもしくはベータ半水和物および／または無水硫酸カルシウム）、水、および他の成分の混合物を調製することによって作製される。セメント質物品の製造では、セメント質スラリーおよび所望の添加剤は、例えば、米国特許第３，３５９，１４６号に記載されているように、連続ミキサー中で混成されることが多い。例えば、典型的な石膏パネル製造工程では、石膏ボードは、（通常「スタッコ」と称される）焼き石膏を水中に均一に分散させて、水性焼き石膏スラリーを形成することによって生産される。水性焼き石膏スラリーは、典型的には、スタッコおよび水ならびに他の添加剤を、内容物を撹拌するための手段を含む、ミキサーに挿入することによる連続様式で生産され、均一な石膏スラリーを形成する。スラリーは、連続的にミキサーの排出口に向けられ、その排出口を通って、ミキサーの排出口に接続された排出導管に向けられる。水性発泡体は、水性焼き石膏スラリーとミキサー内および／または排出導管内で合流されて、発泡スラリーを作製することができる。
【０００３】
この背景の説明は読み手を助けるために本発明者らによって作成されたものであり、示される問題のうちのいずれもそれら自体が当該技術分野において理解されたという指示としてみなされるものではないことが理解されるであろう。記載される原理は、いくつかの態様および実施形態では、他のシステムに固有の問題を軽減することができるが、保護される革新性の範囲が、添付の特許請求の範囲によって定義され、本明細書に記される任意の特定の問題を解決するいかなる開示された特色の能力によっても定義されないことが理解されるであろう。したがって、上述の問題を解決、回避、または最小化する、新規で改善された硬化石膏含有製品、ならびにそれらを生産するための組成物および方法が引き続き必要とされている。
【発明の概要】
【０００４】
石膏ベースの材料の急速発泡は、炭酸源（炭酸カルシウムなど）と酸性活性剤（硫酸アルミニウムなど）との間の化学反応によって達成される。この化学反応は、発泡剤として使用される副生成物として二酸化炭素ガスを生産し、制御または調整された気泡構造を有する最終材料をもたらす。本発明／概念は、空洞（大または小）または亀裂充填剤として制御可能な急速硬化石膏ベースの発泡材料の適用を実証する。
【０００５】
低密度および改善された断熱特性（熱、音など）を有する充填材料は、発泡構造材料を使用することによって達成することができる。特定の物理的特性は、特定の用途に合わせて調整することができる。これらの材料は、スプレーもしくは充填、または他の手段によって、亀裂／空洞／くぼみに塗布することができる。いったん適用されると、化学反応が、ガス（二酸化炭素）の内部発生を引き起こし、間隙または空隙を充填する材料の膨張を引き起こす。あるいは、発泡体として注がれたとき、部分的に大部分が膨張された、最終段階の膨張は、隙間または空隙を充填するであろう。
【０００６】
材料の発泡および膨張の量および速度は、スラリーが硬化する前の原材料の濃度および反応速度によって決定される。密度、防音性および断熱性、ならびに湿潤状態もしくは乾燥状態または硬化状態における機械的特性などの特性も、原材料の濃度および反応速度によって決定される。
【０００７】
この発明のガス発生発泡特徴は、空洞充填材、亀裂充填剤、断熱材、石膏パネル、石膏プラスター、耐火シーラント、軽量天井タイル、ジョイントコンパウンド、コーティングおよびテクスチャー製品を含む様々な製品に使用することができるだろう。粉末が水と混合されるまで化学反応は開始されず、セル状マトリックス内にガスが発生する。初期反応はわずかに遅れ、発泡工程が激しくなる前に湿潤混合物の操作が可能になる。
【０００８】
したがって、低密度および改善された断熱特性（熱、音など）を有する充填材料は、発泡構造材料を使用することによって達成することができる。これらの材料は、スプレーもしくは充填、または他の手段によって、亀裂／空洞／くぼみなどの任意の形態に塗布することができる。いったん適用されるか、または材料を塗布する機械デバイスにおける前に、化学反応が、ガス（二酸化炭素）の内部発生を引き起こし、間隙または空隙を充填する材料の膨張を引き起こす。
【０００９】
本発明は、石膏ベースの組成物であって、原料の混合物を含み、原料の混合物が、乾燥（水を含まない）基準で１００重量部の当該原料に基づいて、
５０〜９８重量％の硫酸カルシウム半水和物と、
−ＣＯ２ガスを発生させるための、１．５〜５０重量％、好ましくは３〜２０重量％の炭酸カルシウムと、硫酸アルミニウムおよび硫酸アルミニウムカリウム、好ましくは硫酸アルミニウムからなる群から選択される、１．５〜３０重量％、好ましくは３〜１５重量％の少なくとも１種のアルミニウム化合物との、第１の組み合わせ、ならびに／または
−酸素ガスを発生させるための、１〜１０重量％のゼオライト、好ましくは天然に存在するゼオライトと、濃厚水溶液として提供される１〜１０重量％の過酸化水素および１〜１０重量％の過炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣａＣＯ３・１．５Ｈ２Ｏ２）からなる群のメンバーとの、第２の組み合わせ、からなる群から選択されるガスを発生させるための化合物の組み合わせと、
好ましくは、第１の組み合わせを含む混合物と、
０．１〜１０重量％、好ましくは０．２〜５重量％、最も好ましくは０．２〜３重量％、例えば、０．２〜０．７１重量％のセルロース増粘剤と、を含み、好ましくは、セルロース増粘剤が、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、メチルエチルセルロース、エチルセルロース、およびカルボキシメチルセルロースからなる群の少なくとも１種のメンバーから選択され、最も好ましくは、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを含む、石膏ベースの混合物を含む。
【００１０】
好ましくは、混合物原料は、（乾燥した、無水基準で）１００重量部の当該混合物の当該原料に基づいて、
−ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ、ペンテン酸としても知られる）、
−エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、
−ポリアクリル酸ナトリウム、
−ポリリン酸塩、好ましくはピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）、および／またはトリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）から好ましくは選択される、０．１〜１重量％のキレート剤であって、ポリリン酸塩が分散剤およびキレート剤として存在する場合、キレート剤として添加される量は、分散剤として添加される量とは別のものであり、
より好ましくは、キレート剤が、ポリアクリル酸ナトリウムまたはピロリン酸四ナトリウムから選択され、最も好ましくは、キレート剤が、ポリアクリル酸ナトリウムである、０．１〜１重量％のキレート剤と、
０．０５〜１重量％の殺生物剤と、のうちの少なくとも１つをさらに含む。
【００１１】
所望される場合、混合物原料はまた、乾燥（水を含まない）基準で１００重量部の前記混合物の前記原料に基づいて、以下の添加剤：
ポリアクリル酸ナトリウムならびにアクリルおよび（メタ）アクリル酸ベースの水溶性コポリマーからなる群の少なくとも１種のメンバーから選択され、好ましくは、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸／アクリルアミドおよび（メタ）アクリル酸／アクリル酸エステルコポリマーからなる群の少なくとも１種のメンバーから選択され、最も好ましくはポリアクリル酸ナトリウムである、０．１〜１０重量％のアクリレート増粘剤、
０．１〜１０重量％のカゼイン、アラビアゴム、グアーガム、トラガカントガム、デンプン（任意の塩基源から）、アルギン酸ナトリウム、
０．０２〜１重量％のクエン酸、酒石酸、リンゴ酸、酢酸、ホウ酸、好ましくはクエン酸、
０．０２〜２重量％のｐＨ増加塩、例えば、クエン酸のアルカリ金属塩、重炭酸ナトリウム、および／もしくは水酸化マグネシウム、好ましくは、クエン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、重炭酸ナトリウム、もしくは水酸化マグネシウムのうちの少なくとも１つ、最も好ましくは、クエン酸もしくは水酸化マグネシウム、
０．０２〜２重量％の促進剤であって、硫酸カリウム、有機ホスホン化合物、リン酸含有化合物、ならびに硫酸カルシウム二水和物および砂糖を含む促進剤からなる群から選択され、好ましくは、硫酸カルシウム二水和物および糖を含む、０．０２〜２重量％の促進剤、
０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜３重量％の発泡剤であって、
−好ましくは、発泡剤は、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪酸塩、ラウリル硫酸ナトリウム、アルキル硫酸塩、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルエーテル硫酸ナトリウム、（Ｃ１４−１６オレフィンスルホン酸ナトリウム、アルファ−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル、スルホコハク酸塩、アルキルフェノールエーテル硫酸塩、およびイセチオン酸塩からなる群から選択され、
−より好ましくは、アルファ−オレフィンスルホン酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゾフルフォネート、およびアルキルエーテルサルフェートオリゴマーであり、
−さらに好ましくは、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、Ｃ１０−Ｃ１２アルコールエーテル硫酸アンモニウム、Ｃ１４−１６オレフィンスルホン酸ナトリウム、およびポリプロポキシ−ポリエトキシ−デシル硫酸ナトリウム（分子式Ｃ１０Ｈ２２−Ｏ（Ｃ３Ｈ６−ＯＣ２Ｈ４−Ｏ）ｘ−Ｈ２ＳＯ４−Ｎａ）であり、
−最も好ましくは、２０〜２５％のブチルジグリコール、７〜１５％のラウリルエーテル硫酸ナトリウム、および３〜５％のアルコールＣ１０−Ｃ１６を含む混合物である、０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜３重量％の発泡剤、
１〜２０重量％、好ましくは５〜１０重量％のラテックスポリマーであって、好ましくは、ラテックスポリマーは、ポリ酢酸ビニルラテックス、ポリアクリル酸ビニルおよびポリ塩化ビニルラテックス、アクリル樹脂、スチレンアクリル樹脂、アクリル酸エステル、ビニルアクリル、塩化ビニル、塩化ビニルアクリル、スチレンアセテートアクリル、エチレンポリ酢酸ビニル、スチレンブタジエン、ならびにそれらの組み合わせからなる群の少なくとも１種のメンバーから選択され、より好ましくは、ラテックスポリマーは、アクリルポリマーおよびスチレンブタジエンからなる群の少なくとも１種のメンバーから選択される、１〜２０重量％、好ましくは５〜１０重量％のラテックスポリマー、
０．０１〜１重量％の２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、
０．０５〜２重量％、典型的には０．１〜２重量％のポリカルボキシレート分散剤であって、好ましくは、ポリカルボキシレート分散剤が、ポリカルボン酸エーテル分散剤を含む、０．０５〜２重量％、典型的には０．１〜２重量％のポリカルボキシレート分散剤、
０．０５〜２重量％、典型的には０．１〜２重量％のポリリン酸塩分散剤であって、好ましくは、ポリリン酸塩分散剤は、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、ポリリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）、およびピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）からなる群の少なくとも１種のメンバーから選択され、より好ましくは、ポリリン酸分散剤は、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）またはポリリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）であり、最も好ましくは、ポリリン酸分散剤は、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）であり、ポリリン酸塩が分散剤およびキレート剤として存在する場合（本明細書の他の箇所で考察されるように）、キレート剤として添加される量は、分散剤として添加される量とは別のものであり、例えば、０．０５〜２重量％、典型的には０．１〜２重量％のポリリン酸塩が、分散剤として存在し、０．１〜１重量％のポリリン酸塩が、キレート剤として添加され、次に、組成物が、０．１５〜３重量％、典型的には０．２〜３重量％の全ポリリン酸塩を有する、０．０５〜２重量％、典型的には０．１〜２重量％のポリリン酸塩分散剤、
０．０１〜２重量％、典型的には０．１〜２重量％のナフタレン分散剤またはリグノスルホン酸塩分散剤であって、好ましくは、ナフタレン分散剤が、ベータ−ナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホネートホルムアルデヒド縮合物、およびナフタレン硫酸ホルムアルデヒド縮合物のうちの少なくとも１つから選択され、好ましくはリグノスルホン酸塩である、０．０１〜２重量％、典型的には０．１〜２重量％のナフタレン分散剤またはリグノスルホン酸塩分散剤、
０．０１〜０．５重量％のケイ素ベースの消泡剤、
粘土、顔料粒子、およびそれらの組み合わせから選択される、１〜５重量％の無機粒子であって、好ましくは、顔料粒子が、二酸化チタンを含む、１〜５重量％の無機粒子、
０．０５〜１％のポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、のうちの１つ以上を含み得る。
【００１２】
例えば、混合物は、０．０５〜１％のポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）を含み得るが、他の添加剤を含まない。あるいは、例えば混合物は、０．０５〜１％のポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）および他の添加剤のうちの１つ以上を含み得る。
【００１３】
ラテックスポリマーは、乾燥再分散性粉末として、または界面活性剤を含むラテックスの一部として添加することができ、ラテックスポリマーは、水性媒体中に固体として分散される。典型的なラテックスは、４０〜６０重量％のラテックスポリマーである。
【００１４】
好ましくは、石膏ベースの組成物は、１００重量部の当該原料に基づいて、
５０〜９８重量％の硫酸カルシウム半水和物、
１．５〜５０重量％、より好ましくは３〜４０重量％の炭酸カルシウム、
１．５〜３０重量％、より好ましくは３〜２０重量％の硫酸アルミニウム、
０〜１重量％のクエン酸、
０〜２重量％のクエン酸ナトリウム、
硫酸カルシウム二水和物および砂糖を含む、０〜２重量％の促進剤、
ヒドロキシメチルプロピルセルロースを含む、０．２〜３重量％のセルロース増粘剤、
０〜３重量％の当該発泡剤であって、当該発泡剤が、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪酸塩、ラウリル硫酸ナトリウム、アルキル硫酸塩、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルエーテル硫酸ナトリウム、Ｃ１４−１６オレフィンスルホン酸ナトリウム、アルファ−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル、スルホコハク酸塩、アルキルフェノールエーテル硫酸塩、およびイセチオン酸塩からなる群から選択される、０〜３重量％の当該発泡剤、
水性媒体中に固体として分散された表面活性剤およびラテックスポリマーを含む、０〜２０重量％のラテックスであって、ラテックスポリマーが、アクリルポリマーおよびスチレンブタジエンポリマーからなる群の少なくとも１種のメンバーから選択される、０〜２０重量％のラテックス、
０〜１重量％の２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、
水酸化カルシウムを含む、０〜１重量％の改変剤、
ポリカルボキシレート分散剤、ポリリン酸塩分散剤、およびナフタレン分散剤からなる群の少なくとも１種のメンバーから選択される、０．１〜２重量％の分散剤であって、
ポリカルボキシレート分散剤が、ポリカルボン酸エーテル分散剤を含み、
ナフタレン分散剤が、ベータ−ナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホネートホルムアルデヒド縮合物、およびナフタレン硫酸ナトリウムホルムアルデヒド縮合物のうちの少なくとも１つから選択され、
ポリリン酸塩分散剤が、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、およびピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）からなる群の少なくとも１種のメンバーから選択され、より好ましくは、ポリリン酸分散剤が、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）またはポリリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）であり、最も好ましくは、ポリリン酸分散剤が、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）である、０．１〜２重量％の分散剤、
ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸／アクリルアミド、および（メタ）アクリル酸／アクリル酸エステルコポリマーからなる群の少なくとも１種のメンバーから選択され、最も好ましくはポリアクリル酸ナトリウムである、０〜２重量％のアクリレート増粘剤、
０〜１重量％のキレート剤であって、
−ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ、ペンテン酸としても知られる）、
−エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、
−ポリアクリル酸ナトリウム、
−ポリリン酸塩、好ましくはピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）であり、ポリリン酸塩が分散剤およびキレート剤として存在する場合、キレート剤として添加されるポリリン酸塩の量は、分散剤として添加されるポリリン酸塩の量とは別のものであり、したがって、０．１〜２重量％のポリリン酸塩が分散剤として存在し、０〜１重量％のポリリン酸塩がキレート剤として存在する場合、組成物が、０．１〜３重量％の全ポリリン酸塩を有する、ポリリン酸塩、好ましくはピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）、のうちの１つ以上を含み、
より好ましくは、キレート剤が、ポリアクリル酸ナトリウムまたはピロリン酸四ナトリウムから選択され、最も好ましくはポリアクリル酸ナトリウムである、０〜１重量％のキレート剤、
０〜１重量％の殺生物剤、典型的には０．０５〜１重量％の殺生物剤、
０〜０．５重量％のケイ素ベースの消泡剤、
粘土、顔料粒子、およびそれらの組み合わせから選択される、０〜５重量％の無機粒子であって、好ましくは、顔料粒子が、二酸化チタンを含む、０〜５重量％の無機粒子、
パーライト（コーティングおよび非コーティング）またはポリスチレンなどの、０〜１０重量％の軽量骨材、を含む、原料を含む。
【００１５】
本発明はまた、発泡石膏スラリーを作製する方法であって、
水と、
硫酸カルシウム半水和物に対する水の重量比が０．２〜２：１である、発泡石膏スラリーを形成するための本発明の上記に列挙される石膏ベースの組成物原料と、を混合することを含み、
発泡石膏スラリーが、１５〜９０体積パーセントの気泡、好ましくは４０〜８５体積％の気泡、より好ましくは５０〜８０体積パーセントの気泡を有する、方法を提供する。硫酸カルシウム半水和物に対する水の重量比が０．２〜２：１である、水は、任意の添加されるラテックス水性媒体の水とは別のものである。
【００１６】
本発明はまた、発泡石膏製品を作製する方法であって、
水と、
上記に列挙される発泡石膏スラリーを形成するための本発明の上記に列挙される石膏ベースの組成物原料と、を混合することを含み、
水と硫酸カルシウム半水和物との重量比が０．２〜２：１であり、
発泡石膏スラリー中の硫酸カルシウム半水和物が、硫酸カルシウム二水和物に変換され、硬化および乾燥して、発泡石膏製品を形成し、
硬化および乾燥された発泡石膏スラリーから得られた発泡石膏製品は、１０〜５５ポンド／立方フィートの比重を有し、
発泡石膏製品が、３０〜９０体積パーセントの全空隙体積を有する、方法を提供する。
【００１７】
例えば、発泡石膏スラリーおよび発泡製品について、本発明の石膏ベースの組成物原料は、無水基準で１００重量部の当該原料に基づいて、
５０〜９８重量％の硫酸カルシウム半水和物と、
−ＣＯ２ガスを発生させるための、１．５〜５０重量％の炭酸カルシウムと、硫酸アルミニウムおよび硫酸アルミニウムカリウムから選択される、１．５〜３０重量％の少なくとも１種のアルミニウム化合物との第１の組み合わせ、ならびに／または
−酸素ガスを発生させるための、１〜１０重量％のゼオライトと、濃厚水溶液として提供される１〜１０重量％の過酸化水素および１〜１０重量％の過炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣａＣＯ３・１．５Ｈ２Ｏ２）の群のメンバーとの、第２の組み合わせ、から選択されるガスを発生させるための化合物の組み合わせと、
０．１〜１０重量％のセルロース増粘剤と、を含む、原料の混合物を含む。
【００１８】
本発明はまた、空洞壁システムであって、
スタッドを含むフレームに取り付けられ、対向するパネル間に空洞を画定する、対向するボードパネル、好ましくは石膏ボードパネルまたはセメントボードパネルなどの壁ボードパネル、最も好ましくは石膏ボードパネルであって、典型的には、パネルが、垂直ボードパネルである、対向するボードパネルと、
硬化石膏製品は、空洞内に配置された硬化および乾燥された発泡石膏スラリーから得られる発泡石膏製品であって、１０〜５５ポンド／立方フィートの比重を有し、３０〜９０体積パーセントの全空隙体積を有する、発泡石膏製品と、備える、空洞壁システムを備える。
【００１９】
本明細書で使用される場合、「焼き石膏」という用語は、アルファ硫酸カルシウム半水和物、ベータ硫酸カルシウム半水和物、水溶性硫酸カルシウム無水物、またはそれらの任意のもしくは全ての混合物を意味することを意図し、「硬化石膏」および「水和石膏」という用語は、硫酸カルシウム二水和物を意味することを意図している。混合物中の水は焼き石膏と自然に反応して硬化石膏を形成する。
【００２０】
本明細書において、全ての百分率および比率は、他に指示がない限り、重量により、全ての分子量は、他に指示がない限り、重量平均分子量である。
【００２１】
本明細書では、空洞、充填材、充填剤、または任意の同様の表現のいかなる言及も、意図的に限定されず、いかなる形状のいかなる材料から作製されたいかなる空洞も意味することができ、最終結果は、複合体（任意の数の材料の）または単一の材料であり得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の空洞壁システムを示す。
【図２】試料の密度に対してプロットされた表８からの圧縮強度データを示す。
【図３】実施例６で得られた過炭酸ナトリウムを用いて作製された試験片Ａを示す。
【図４】実施例６で得られた５．２５％の過酸化水素を用いて作製された試験片Ｂを示す。
【図５】Ｙ型コネクタを示す。
【図６】Ｔ型コネクタを示す。
【図７】工程フロー図を示す。
【図８】複数の流入部を有するコネクタ導管を示す。
【図９】同軸給電を有するコネクタ導管を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、制御可能な急速発泡／急速硬化石膏ベースの材料を実証する。急速に膨張する発泡石膏材料は、スプレー塗布またはポンプ注入することができる。
【００２４】
この技術の用途には、部分的または集合的に、以下の概念および／または製品の用途が含まれる。
１）フレーム構造、金属製ドアフレーム／商業構築用壁アセンブリ用途、シャフト壁アセンブリ用の充填材料。
２）適所での現場キャストの構築ブロックおよび／または押し出しブロック、部分壁、全壁アセンブリ。
３）改善されたファイアストップ用途。
４）高ＶＯＣコーキング材、シーラント、化合物、発泡ウレタン発泡用の０−ＶＯＣ材料としての置換。
５）断熱材用途。
【００２５】
本発明は、構造中に埋め込まれた空隙を有する、石膏スラリーおよび硬化石膏製品を生成するための新規な方法を提供する。これは、内部に発生されたガスを閉じ込めて含有することができ、バルク材料を膨張させる。硫酸アルミニウム（酸）および炭酸カルシウム（塩基）を用いる、本発明の型では、膨張に使用される内部発生ガスは、硫酸アルミニウム（酸）と炭酸カルシウム（塩基）との間の酸−塩基化学反応から得られ、これが、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを発生させる。硫酸アルミニウムおよび炭酸カルシウムが反応して二酸化炭素ガスを生成する方法を記載する、典型的な化学反応は、式（Ｉ）として示される。
【００２６】
Ａｌ２（ＳＯ４）３＋３ＣａＣＯ３＋３Ｈ２Ｏ＞＞２Ａｌ（ＯＨ）３＋３ＣＯ２＋３ＣａＳＯ４（Ｉ）
【００２７】
ＣＯ２は、不安定な化合物である炭酸アルミニウムの形成、および炭酸アルミニウムの分解によって、システム内に副生成物としてＣＯ２を発生させることによって発生される。材料内の特定の特性（熱抵抗、音響特性など）を向上させるために、媒体内に空隙を組み込むことは、長年にわたって知られている。媒体に空隙を組み込むことは、様々な方法を使用して行われ得る。
１．圧力下でガスを圧縮する（炭酸水など）
２．媒体にガスを注入する（従来の石膏パネルの生成など）
３．媒体中に内部的にガスを発生させる（本発明）
【００２８】
本発明は、上記で考察される化学反応を通して媒体内に内部的にガスを発生させる。この発明は、様々な用途に利用することができる。得られた発泡石膏スラリーを用いて、空洞壁構造の空洞を充填することができる。例えば、空洞壁構築システムは、２つの石膏パネル、スタッド、およびガラス繊維断熱材を含む（場合によっては、断熱材は使用されない）。しかしながら、本発明は、空洞壁構造用の空洞充填材料として新規の自己発泡石膏ベースのスラリーを利用する壁システムを提供する。
【００２９】
したがって、本発明は、音響および熱伝達（Ｒ値）を含む、向上された機械的特性および断熱特性を有する低密度空洞壁システムを提供する。
【００３０】
ガス発生に関する考察
通常、ガスが流体の内部で発生されると、その一部は、それを囲む液体に溶解され、その一部は、媒体中に拡散し、一部は、媒体から逃げる。改善された防音性、耐火性、および断熱性を有する低密度発泡材料を作製するためには、ガスを流体の内部に閉じ込めて、気泡構造を保持するためにスラリー中でのその拡散、溶解、および流動性を防止する必要がある。発生されたガスがスラリーの内部に閉じ込められると、スラリーが適切なレオロジー特性を有する場合にのみ材料の膨張が生じる。膨張速度は、化学反応の反応速度および気泡成長の動力学に依存する。潜在的膨張レベルは、反応物である炭酸カルシウムおよび硫酸アルミニウムの量ならびにそれらの化学量論比に依存する。
【００３１】
反応物の数に基づいて、流体がその最大の可能性まで膨張する能力は、レオロジー特性によって左右される。
【００３２】
重要な要因は、流体のレオロジー特性の改変である。本発明は、様々なレオロジー改変剤を使用して、これを達成する。
●以下のような有機物：
−セルロース系増粘剤
−分散剤
−アルコール
●以下のような無機物：
−粘土
【００３３】
セルロース系増粘剤は、粘度および弾性を提供し、石膏結晶の水和および強度にほとんどまたは全く影響を及ぼさない。これは、界面活性剤、分散剤、およびアルコールなどの他の気泡安定化材料には当てはまらない。これらが、セルロース系増粘剤がこの発泡石膏材料において特別であるだけでなく、配合物を非自明かつ特有にする主な理由である。
【００３４】
本発明では、硫酸アルミニウムと炭酸カルシウムとを水中で混合すると反応して、内部にＣＯ２を発生させ、プラスター（スタッコ）スラリーが、ある程度膨張する。しかしながら、石膏ベースのスラリーにレオロジー改変剤を使用しないと、材料は、その最大の膨張可能性に到達することができないか、またはその可能性に到達した後に崩壊するであろう。
【００３５】
本発明によって生産された材料の用途のうちの１つは、断熱材として使用されることであり、これに関連する特性には、以下のものが含まれる。
１．機械的特性：接着、衝撃、圧縮、引張
２．熱的特性：Ｒ値、耐火性
３．音響的特性：ＳＴＣ
４．密度：用途に応じて、低、中、高
【００３６】
封入による反応制御
本発明は、反応物の混合時に急速に起こり、ミョウバン（硫酸アルミニウムおよび／または硫酸アルミニウムカリウムとしても知られる）が炭酸カルシウム粒子に遭遇したときに、ガスの発生が一般に１０秒以内、好ましくは５秒以内に始まる、酸−塩基反応に基づいている。しかしながら、酸／塩基反応の急速な反応速度は、スラリーの機械的／手動の混合の間にスラリー中にガスを閉じ込め、それを壁空洞に注ぐことを困難にする。機械的／手動のミキサーを使用して、ミョウバンをスラリー中に完全に分散させるのに必要な時間を考慮すると、ユーザーが現場でそれをカスタム混合することもまた困難である。ミョウバン粉末粒子をシェルに封入すると、混合工程中にスラリー中に封入された粒子に適切な剪断力が加えられたときに、粉末の放出の制御をもたらす。スラリーの混合中に剪断応力を加えると、シェルが破裂し、ミョウバンがスラリーに曝される。いったんミョウバン粒子がスラリー中に均一に分散されると、化学反応が始まり、その結果、石膏ベースの材料の膨張をもたらす。粉末を制御放出する方法は、混合および注入工程中にガスがシステムから逃げないようにすることを確実にするだろう。
【００３７】
活性原料、例えばアルミニウム化合物（ミョウバン）の封入された制御放出は、２つのカテゴリーに分類される。
【００３８】
１）放出がカプセルのポリマーもしくはコポリマー膜を通る水の浸透速度によって、および各コーティング粒子から周囲のスラリーへのミョウバンもしくは過炭酸ナトリウムの拡散速度によって左右される、第１の群。
【００３９】
２）主にカプセルが圧力または剪断力によって破壊されたときに活性原料の放出が左右される、比較的厚い封入コートを有する、第２の群。
【００４０】
反応して発泡を引き起こす、活性原料のうちのいずれか、すなわち、アルミニウム化合物および／もしくはゼオライト、または炭酸カルシウムおよび／もしくは過炭酸ナトリウムを封入して、放出を制御することができる。
【００４１】
封入（コーティング）は、様々な方法によって達成され得る。
１）アルギン酸塩封入
２）ポリオキシメチレン尿素マイクロ封入
３）複合コアセルベーション（ゼラチン）マイクロ封入
４）ゲルビーズ
【００４２】
コーティングに一般的に使用されるコーティング材料は、以下の通りである。
１）エチルセルロース
２）ポリビニルアルコール
３）ゼラチン
４）砂糖
５）アルギン酸ナトリウム
【００４３】
したがって、アルミニウム化合物は、シェルに封入されたミョウバン粉末粒子として混合物に供給することができ、混合中にスラリー中の封入されたミョウバン粉末粒子に十分な剪断力が加えられると、ミョウバン粉末の放出が制御される。あるいは、炭酸カルシウムは、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ゼラチン、砂糖、およびアルギン酸ナトリウムからなる群のメンバーを含む、コーティングで封入されてもよい。あるいは、炭酸カルシウムは、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ゼラチン、砂糖、およびアルギン酸ナトリウムからなる群のメンバーを含む、コーティングで封入されてもよい。
【００４４】
その他のガス発生方法
ガスが膨張を引き起こし、スラリーの特性に基づくガス圧力のためにスラリーが膨張し得る場合、本発明は、Ｏ２もしくはＣＯ２のいずれか、またはそれらの両方の組み合わせ、あるいは任意のガスを有することができる。したがって、内部に制御された方法でガスを発生させる別の方法は、Ｏ２を発生させる触媒駆動分解反応を使用することである。材料の膨張は、ＣＯ２発生反応よりもはるかにゆっくりと起こり、それにより、この反応は、より制御可能性のある特定の用途に適したものになる。触媒としてのゼオライト、典型的には天然に存在するゼオライトの存在下での過酸化水素の濃厚溶液は、酸素を遊離させ、ガスを生産して、セル状発泡材料を形成する。天然ゼオライトは、陽イオン交換、ガス分離、およびガス吸着などの用途において多くの特別な特性を提供する、剛性三次元結晶構造および高表面積を有する火山性鉱物である。過炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣａＣＯ３・１．５Ｈ２Ｏ２）と組み合わせてゼオライトを使用すると、化学的にも過酸化水素の触媒変換を通してセル状組成物が発生される。したがって、この考えは、過酸化水素の触媒変換を通してセル状組成物を化学的に生産するための過炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣａＣＯ３・１．５Ｈ２Ｏ２）と組み合わせたゼオライトの使用を包含する。
【００４５】
このガス発生システムを使用して生産された製品は、いくつか例を挙げると、ポリマー、骨材、増粘剤、結合剤、繊維、界面活性剤、化学酸化剤、および硬化制御混合剤などの他の添加剤を含有することができる。
【００４６】
粉末が水と混合されるまで、化学反応は開始されず、セル状マトリックス内に酸素ガスが発生する。初期反応はわずかに遅れ、発泡工程が激しくなる前に湿潤混合物の操作が可能になる。
【００４７】
アルミノケイ酸ナトリウムから構成される天然に存在するゼオライト鉱物と過炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣａＣＯ３・１．５Ｈ２Ｏ２）との化学的相互作用は、過酸化水素の触媒変換を通してガス発生セル状組成物を生産する。開口チャネルの大きな内部表面積の広大なネットワークから構成される特有のハニカムゼオライトマトリックスは、過酸化水素を水と酸素ガスとに化学的に分解することができる。
【００４８】
本発明は、合成ゼオライトも使用することができるだろう。
【００４９】
これらの原料は、ミョウバンおよび炭酸カルシウムについて上記で考察されるような材料および方法を使用して封入することができる。したがって、ゼオライトは、シェルに封入されたゼオライト粒子として混合物に供給することができ、混合中にスラリー中の封入されたゼオライト粉末粒子に十分な剪断力が加えられると、ゼオライト粉末の放出が制御される。あるいは、過炭酸ナトリウムを、コーティングまたはシェルで封入してもよい。例えば、過炭酸ナトリウムを、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ゼラチン、砂糖、およびアルギン酸ナトリウムからなる群のメンバーを含む、コーティングで封入してもよい。
【００５０】
システムの原料とそれらの目的
本発明のスラリーは、以下のものを含む。
●水：粉末が反応、水和、溶解、流動性を持つなどするための媒体を提供するために使用される。
●以下の理由のために使用される、スタッコ（硫酸カルシウム半水和物）：
−硬化特性、したがって、強度と乾燥密度を提供する
−その硬化特性（時間および最終的な微細構造）を制御／操作する能力、したがって、所望の結晶構造を制御する
−火災特性、したがって、安全性を提供する
●以下の理由のために使用される、硫酸アルミニウム（ミョウバン）：
−ガス発生源
●以下の理由のために使用される、炭酸カルシウム：
−充填剤
−ガス発生源
【００５１】
典型的には、スラリーは、以下の添加剤のうちの１つ以上を含む。
●石膏の硬化特性を制御するための、クエン酸ナトリウムなどの遅延剤、およびＷＧＡ、ＨＲＡ、またはＣＳＡなどの促進剤。
●キレート剤：より長い作業時間（作業可能性）が所望される用途で、石膏の硬化を中断させるために使用される。無期限に硬化を中断させることができる。
●抗菌性：製品の性能に影響を与えるであろう微生物の成長に対する耐性を確実にする。
●ｐＨ改変剤：レオロジー改変剤の急速な水和を可能にし、レオロジーに影響を及ぼす。それらは、コーティングセルロース系増粘剤を標的とする。
●ＰＶＯＨおよび砂糖などのコーティング反応物
●以下のために使用される、レオロジー改変剤：
−気泡構造の安定化を助ける
−スラリー中にガスを含有して、膨張を引き起こす
−ガスの拡散を制御し、ガスを逃がす
−気泡の合体を制御する
−気泡の上向きの流動性を制御する
−気泡壁からの排水を防止する
−固形物の沈降を防止する（水／固体分離）
−相分離を防止する
−特有のレオロジー特性は、混合の間、非常に流動的に作用することができ、容易な分散を可能にするが、静止時に厚く作用し、これが気泡の流動性を遅らせる可能性がある。
【００５２】
特定の配合成分の例：
以下は、スラリーを作製するための様々な必須の原料および任意選択的な原料の列挙される例である。
●水
●スタッコ（硫酸カルシウム半水和物）
●炭酸カルシウム
●クエン酸ナトリウム
●トリメタリン酸ナトリウム
●レオロジー改変剤
−ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）
−ＰＶＯＨ（ポリビニルアルコール）
−ラテックス
−石鹸
−分散剤
−超可塑剤、例えばポリナフタレンスルホン酸塩、ポリアクリレート、ポリカルボキシレートエーテルベースの（ＰＣＥ）超可塑剤など）。
−デンプン
−ＰＣＭ（相変化材料）ＰＣＭは、潜熱が高い材料である。これらは、部屋内の温度を維持するために、温度がより高いときには熱を収集するために、温度がより低いときには熱を放出するために加えられる。
−ＨＰＭＣ（ヒドロキシプロピルメチルセルロース）
−ＨＥＭＣ（ヒドロキシエチルメチルセルロース）
−ＨＥＣ（ヒドロキシエチルセルロース）
−ＭＣ（メチルセルロース）
−ＭＥＣ（メチルエチルセルロース）
−ＥＣ（エチルセルロース）
−ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）
−粘土
−ゼオライト
−ＣＳＡ（気候安定化促進剤）
−ＨＲＡ（耐熱促進剤）
−ＷＧＡ（湿式石膏促進剤）
●２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール
●キレート剤
−ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）
−エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、
−ポリアクリル酸ナトリウム、
−ポリリン酸塩、好ましくは、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）
●抗菌剤
●増粘剤または乾燥同等品
●クエン酸遅延剤
●スマタンパク質リターダ
●ガラス繊維
●ミネラルウール
●ワックス
●ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）
【００５３】
壁空洞を充填するための材料の調製／材料の工程
方法１：バッチまたは半連続バッチ混合
スラリー作製
典型的には、乾燥成分は、予め混合されている。例えば、空洞壁用充填剤として使用するための発泡スラリーを作製する場合、乾燥（無水）成分は、現場に到着する前にすでに混合されている。乾燥成分の添加順序は、重要ではない。したがって、ミキサーに入れる前に、全ての乾燥添加剤を、粉末石膏に添加する。
【００５４】
次に、乾燥成分を、水と混合し（湿式混合）、キレート石膏スラリーを生成する。これは、バッチサイズ、ブレード設計、ならびに速度および配向、水比などに依存するであろう、様々なバッチ混合技術を使用して行うことができる。
【００５５】
発泡石膏製品が作製される石膏スラリーは、水と硫酸カルシウム半水和物との重量比が０．２〜２：１である。
【００５６】
また、生産段階中に材料をスラリーにして、使用準備が整った状態で現場に到着することもできる。
【００５７】
スラリー配合物の湿式混合は、高剪断ミキサーおよび低剪断ミキサー（例えば、＞１０，０００ｒｐｍで操作することができるミキサー、または３０ｒｐｍで操作することができるミキサー）中で行うことができる。本発明のスラリーの有意な利点は、いかなる混合環境においてもそれを塊状にすることができないことである。水の需要は、特定のレオロジー特性を維持し、特定の気泡構造をレンダリングするための配合によって異なる。粉末を予め混成し、続いて水と混合すると、均一で塊のないスラリーが得られ、それは以下のことをしない。
●硬化
●沈殿（固体／液体の相分離）
●腐敗
【００５８】
スラリーは、石膏（硫酸カルシウム半水和物）、水、硫酸アルミニウム、および炭酸カルシウム、典型的には分散剤から作製される。操作中、スラリーを作製するために、石膏は、スラリーミキサーに供給される。水も添加される。いくつかの添加剤は、ミキサーに直接添加される。他の添加剤を、水に添加してもよい。
【００５９】
スラリー水硬性成分は、水硬性成分の乾燥重量に基づいて、少なくとも７０重量％の硫酸カルシウム半水和物、好ましくは少なくとも９０重量％の硫酸カルシウム半水和物、より好ましくは少なくとも９５重量％の硫酸カルシウム半水和物を含み、典型的には、それは、１００％の硫酸カルシウム半水和物である。
【００６０】
水を除く全ての成分が、乾燥状態で予め混合されている。
【００６１】
通常のバッチ工程中、次に、ポンプを使用して、スラリーを容器／ホッパー／ペール／ドラムにポンプ注入する。次に、ミョウバン（粉末または溶液）を、湿った石膏ベースのスラリーに添加する。ミョウバン粉末は、取り扱いの容易さのために有益であるが、所望の分散のためにスラリーへの特別な導入を必要とする。ミョウバン溶液は、スラリー中により良好に分散するために有益である。
【００６２】
半連続バッチ工程中に、材料は、スラリー化され、それをミョウバンと混合するために、次にポンプ注入される保持領域に送られる。スラリーが保持領域に移動している間、または全ての混合スラリーが保持領域内にあるとき、新しいバッチを開始することができ、したがってそれは、半連続的である。
【００６３】
方法２：連続混合
予め混合された乾式石膏ベースの材料を、フィーダードライブに添加し、連続ミキサーに供給することができる。計量供給される水の量は、ミキサー構成要素に供給されている乾燥粉末の量と、水、乾燥粉末、および／またはスラリーがシステムを通して連続的に送られていることと、に直接関係するため、連続的である。
【００６４】
方法３：石膏スラリーを使用する準備が整っている
石膏スラリーはまた、以前の２つの方法を含むがこれらに限定されない、製造工程を通して調製することができ、次に、使用準備が整った状態で現場に送達することができる。
【００６５】
石膏スラリーとミョウバンとが合流されるとき、ミョウバンが粉末である場合、例えばスクリュードライブを使用するなどして、ミョウバンがスラリーのホースに導入される間に、石膏スラリーが容器からポンプ注入される。ミョウバンが溶液である場合、ミョウバンがミョウバン溶液容器からポンプ注入される間に、石膏スラリーが容器からポンプ注入される。２つの混合は、Ｙ（「Ｙ型」）チャネルもしくはＴチャネル接続、および／または連続混合を提供するための静的ミキサーもしくは動的ミキサーなどの混合デバイスを含むことができるだろう。次に、硫酸アルミニウムと炭酸カルシウムとを合流させて、スラリー内に炭酸ガスを内部に発生させる。動的ミキサーは、可動部を有するものであり、静的ミキサーは、流体が混合を起こすためにそれを越えて移動することに依存する。動的ミキサーは、一列に位置付けられる。したがって、本発明は、ミョウバン溶液を連続ミキサー、より具体的には、それがスラリーと混合される動的ミキサーに添加することを企図する。
【００６６】
具体的には、これは、発泡石膏製品を作製する方法であって、作業現場でのバッチ、半連続バッチ、もしくは連続処理を介して、または製造工程の一部として行われ、
硫酸カルシウム半水和物および炭酸カルシウムを水と混合して、第１のスラリーを形成することと、
水と混合されたアルミニウム化合物のミョウバン溶液を提供することと、
第１のスラリーおよびミョウバン溶液をコネクタ導管のそれぞれの流入開口部を通して送り、コネクタ導管内で合流させて、コネクタ導管の放出開口部を通ってコネクタ導管から放出される合流混合発泡流を生成することと、
炭酸カルシウムの一部分をアルミニウム化合物と反応させて、発泡石膏スラリーを生成することによって、炭酸カルシウムの少なくとも一部分を活性化するために、合流混合発泡流を、静的ミキサーまたは動的ミキサーから選択される合流流ミキサーで混合することと、
合流混合発泡流を合流流ミキサーから２枚の壁ボードの間の空洞に移送することと、
空洞内の発泡石膏スラリーを、発泡石膏製品に膨張、凝固、および乾燥させることと、を含む、方法を提供する。
【００６７】
好ましくは、コネクタ導管は、Ｙ型コネクタまたはＴ型コネクタである。
【００６８】
図５は、Ｙ型コネクタ導管４０を示す。Ｙ型コネクタ導管４０は、第１の当該流入開口部４３を画定する第１の側部流入管４２と、第２の当該流入開口部４５を画定する第２の側部流入管４４と、排出開口部４７を画定する排出管４６と、を有する。Ｙ型コネクタ導管の第１の側部流入管４２および第２の側部流入管４４は、鋭角「Ａ」を画定する。Ｙ型コネクタ導管４０の第１の側部流入管４２および排出管４６は、第１の鈍角「Ｂ」を画定する。Ｙ型コネクタ導管の第２の側部流入管４４および排出管４６は、第２の鈍角「Ｃ」を画定する。
【００６９】
図６は、Ｔ型コネクタ導管６０を示す。Ｔ型コネクタ導管６０は、第２の開口端６５に対向する第１の開口端６３を有する第１の管６２と、第１の管６２と連通し、第３の開口端６７を画定する、第２の管６６と、を有する。第１の管６２は、第２の管６６に対して垂直である。第１の開口端６３、第２の開口端６５、および第３の開口端６７のうちの１つが、第１の流入開口部である。第１の流入開口部ではない、第１の開口端６３、第２の開口端６５、および第３の開口端６７のうちの１つが、第２の流入開口部である。第１の流入開口部または第２の流入開口部ではない、第１の開口端６３、第２の開口端６５、および第３の開口端６７が、排出開口部である。例えば、第１の開口端６３は第１の流入開口部であり、第２の開口端６５は第２の流入開口部であり、そして第３の開口端６７は排出開口部である。
【００７０】
図７は、コネクタ導管を使用する方法のフローチャートを示す。硫酸カルシウム半水和物７２ならびに炭酸カルシウム７４および水７６を、ミキサー７０内で混合して、第１のスラリー７８を形成する。第１のスラリー７８およびミョウバン溶液７９は、好ましくはＹ型コネクタ導管およびＴ型コネクタ導管から選択される、コネクタ導管８０に供給され、コネクタ導管８０内で合流されて、コネクタ導管から放出開口部を通って放出される、合流混合発泡流８２を生成する。炭酸カルシウムの一部分をアルミニウム化合物と反応させて、発泡石膏スラリーを生成することによって、炭酸カルシウムの少なくとも一部分を活性化するために、合流混合発泡流８２を、静的ミキサーまたは動的ミキサーから選択される合流流ミキサー９０内で混合する。合流混合発泡流は、流れ９２として放出され、合流流ミキサー９０から、２つの壁ボードの間の空洞（図１の空洞８など）に移送される。空洞内の発泡石膏スラリーを、膨張、凝固、および乾燥させる。
【００７１】
図８は、Ｙ型コネクタまたはＴ型コネクタに対する代替物が、原料を１つ超の流入開口部を通してコネクタ導管に供給することであることを示す。例えば、第１のスラリーを、第１の導管の１つの流入開口部を通して供給することができ、ミョウバン溶液を、第１の導管の周りに間隔を置いて配置された導管の複数の流入開口部に供給して、第１の導管に供給することができる。これは、図８に示されており、第２の開口排出端１０５に対向する第１の流入開口端１０３を有する第１の管１０２と、流入開口部１０７を有し、第１の管１０２と連通する、第２の管１０６と、を有する。第２の管１０６は、（示されるように）垂直であるか、または９０度未満である、角度「Ｅ」で第１の管１０２と交差してもよい。第１の開口端１０３は、第１の流入開口部であり、第２の開口端１０７は、第２の流入開口部であり、第３の開口端１０５は、排出開口部である。
【００７２】
図９は、例えば図９によって示されるように、Ｙ型コネクタまたはＴ型コネクタに対する別の代替物が、同軸放出を有するコネクタ導管に原料を供給することであることを示す。図９は、第２の開口排出端１０５に対向する第１の流入開口端１１３を有する第１の管１１２と、第１の管１０２と連通する流入開口部１１７および排出開口部１１９を有する第２の管１１６と、を有するコネクタ導管を示す。第１のスラリーは、第１の開口端１１３に供給される。第１のスラリーの流れ方向は、方向「Ｔ」として示される。コネクタ導管は、ミョウバン溶液を、第１の管内の第１のスラリーの流れと同軸の方向「Ｔ１」に排出するための排出開口部１１９を有する。第２の管１１６は、（図示されるように）垂直であるか、または９０度未満である、角度「Ｆ」で第１の管１１２と交差してもよい。第１の開口端１１３は、第１の流入開口部であり、第２の開口端１１７は、第２の流入開口部であり、第３の開口端１１５は、合流された第１のスラリーおよびミョウバン溶液のための排出開口部である。
【００７３】
硫酸カルシウム半水和物および炭酸カルシウムの第１のスラリー、ならびに上記の混合方法において上記で考察されるミョウバン溶液、例えば図５〜９のシステムは、硫酸カルシウム半水和物およびゼオライトの第１のスラリー、ならびに過炭酸ナトリウム溶液または過酸化水素水と置換され得る。
【００７４】
所望される場合、スラリー内にＯ２を発生させる触媒駆動分解反応もまた、発生された二酸化炭素ガスを補うために用いられてもよい。Ｏ２を発生させるために、触媒として天然に存在するゼオライトの存在下での過酸化水素の濃厚溶液は、酸素を遊離させ、ガスを生産させて、セル状発泡材料を形成する。過炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣａＣＯ３・１．５Ｈ２Ｏ２）と組み合わせてゼオライトを使用することは、過酸化水素の触媒変換によってＯ２を発生させることによって、化学的にもセル状組成物を発生させる。
【００７５】
水との接触後、石膏（硫酸カルシウム半水和物）は硬化して、発泡石膏製品の生産中に、硫酸カルシウム二水和物に変換される。したがって、いったんミョウバンと石膏のスラリーとが混合されて、二酸化炭素が発生されると（および所望される場合、Ｏ２を生成するための原料が混合されると）、壁空洞への発砲材料の分注は、完全に活性化された発泡体、または発泡しているかもしくはその間の任意の状態である部分的に活性化された液体として生じ得る。現場の状況および利用可能な機器に応じて、異なる適用方法が使用されるだろう。空洞充填剤を有する、スタッドおよび壁パネル、例えば乾式壁パネルを含む、壁システムは、空洞充填剤を含まない、スタッドおよび壁パネルを含む壁システムよりも高い機械的特性、音響特性、および熱抵抗特性を有するであろう。壁空洞充填材は、空洞を有する任意の壁、例えば、壁パネル（例えば、石膏ボードまたはセメントボード）とスチールスタッドとの組み合わせであり得る。したがって、例えば、石膏ボードまたはセメントボードのいずれも、この発明と共に用いることができる。しかしながら、空洞充填材は、壁パネルとの使用に限定されない。本発明はまた、発泡セル状コンクリートブロックの中空コアを充填することを企図する。
【００７６】
図１は、スタッド６、１２、１４、および石膏乾式壁パネル２、４を備え、石膏乾式壁パネル２、４の間に空洞８を有し、および空洞８内に本発明の発泡石膏の空洞充填剤１０を有する、空洞壁システム１を示す。
【００７７】
次に、石膏コアスラリー用のスラリーミキサーからのスラリーは、スラリーミキサーから、必要に応じてスラリーを堆積させる、スラリー分配器に送られる。例えば、それは、壁空洞内に堆積されてもよい。空洞自体は、作業中または生産現場で、一時的もしくは恒久的な、複合システムもしくは単一の材料であり得る。この広い定義の下では、いかなる空間も、この材料で充填することができるか、または材料を自由に注いでから形成することができるだろう。
【００７８】
焼き石膏
本明細書で使用される場合、「焼き石膏」は、アルファ硫酸カルシウム半水和物、ベータ硫酸カルシウム半水和物、水溶性硫酸カルシウム無水物、またはそれらの任意のもしくは全ての混合物を意味することを意図している。焼き石膏は、スタッコとしても知られる。「石膏」、「硬化石膏」および「水和石膏」という用語は、硫酸カルシウム二水和物を意味することを意図している。混合物中の水は焼き石膏と自然に反応して硬化石膏を形成する。
【００７９】
本発明に用いられる焼き石膏は、先行技術の対応する実施形態において典型的に有用であると見出される形態および濃度であり得る。それは、天然または合成供給源からのものであり得る。いくつかの実施形態では、焼き石膏は、繊維質であり得、他の実施形態では、非繊維質であり得る。アルファまたはベータスタッコを含むがこれらに限定されない、任意の形態の焼き石膏を使用してもよい。しかしながら、アルファ硫酸カルシウム半水和物は、好ましくは、比較的高い強度を有する硬化石膏のその収率のために用いられる。所望される場合、ベータ硫酸カルシウム半水和物またはベータ硫酸カルシウム半水和物と水溶性硫酸カルシウム無水物との混合物が用いられる。焼き石膏は、少なくとも約５０％のベータ硫酸カルシウム半水和物を含むことができる。他の実施形態では、焼き石膏は、少なくとも約８６％のベータ硫酸カルシウム半水和物を含むことができる。好ましくは２０％未満の少量ではあるが、硫酸カルシウム無水物、合成石膏、または粉末石膏の使用も企図される。
【００８０】
炭酸カルシウム
炭酸カルシウムは、式ＣａＣＯ３を有する化合物である。
【００８１】
アルミニウム化合物
アルミニウム化合物は、式Ａｌ２（ＳＯ４）３を有する硫酸アルミニウムおよび硫酸アルミニウムカリウムからなる群から選択され、好ましくは、それは、硫酸アルミニウムである。
【００８２】
水
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される。使用される水の量は、それを使用する用途、使用される正確な分散剤、スタッコの特性、および使用される添加剤によって大きく変化する。水と硫酸カルシウム半水和物との重量比は、０．２〜２：１である。
【００８３】
スラリーを作製するために使用される水は、スラリーおよび硬化プラスターの両方の特性の最良な制御のために実用的な純度であるべきである。塩および有機化合物は、スラリーの硬化時間を改変することでよく知られており、促進剤から硬化阻害剤まで幅広く変化する。いくつかの不純物は、二水和物結晶のインターロッキングマトリクスが形成されるときに構造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、製品の強度および一貫性は、実用的に汚染物のない水、好ましくは飲料用水の使用によって増強される。
【００８４】
ラテックス
本発明の石膏スラリーは、結合剤としてラテックスポリマーを含んでもよい。具体的には、ポリマーは、合成ラテックス（すなわち、１種以上のモノマーの乳化重合によって調製されるポリマー粒子の水性分散液）である。ラテックスは、水、ラテックスポリマー、界面活性剤、および本明細書の他の箇所に記載されるような他の原料を含む、水性乳化剤または分散液を含む。代替的に、ラテックスポリマーを、乾燥再分散性粉末として添加してもよい。
【００８５】
ラテックスポリマーは、ポリ酢酸ビニルラテックス、ポリアクリル酸ビニルおよびポリ塩化ビニルラテックス、アクリル樹脂、スチレンアクリル樹脂、アクリル酸エステル、ビニルアクリル樹脂、塩化ビニル、塩化ビニルアクリル樹脂、スチレンアセテートアクリル樹脂、エチレンポリ酢酸ビニル、スチレンブタジエン、ならびにそれらの組み合わせ、ならびに界面活性剤からなる群の少なくとも１種のメンバーから選択され、好ましくは、ラテックスポリマーは、ポリ酢酸ビニルラテックス、ポリアクリル酸ビニルおよびポリ塩化ビニルラテックスからなる群の少なくとも１種のメンバーから選択され、より好ましくは、ラテックスポリマーは、ポリ酢酸ビニルラテックスを含む。
【００８６】
合成ラテックスを調製するための方法は当該技術分野において周知であり、これらの手順のいずれかが使用され得る。
【００８７】
ラテックスの最終粒子サイズは、典型的に、３０ｎｍ〜１，５００ｎｍで変化する。
【００８８】
石膏スラリー用分散剤
分散剤は、石膏スラリー中で石膏と共に使用して、水と硫酸カルシウム半水和物との混合物を流動化する助けになることで知られており、そのため、流動性スラリーの作製に必要な水が削減される。
【００８９】
石膏スラリーは、典型的には、ポリナフタレンスルホン酸塩などの分散剤を含有する。ポリナフタレンスルホン酸塩分散剤は、よく知られており、比較的安価であるが、有効性が限られている。ポリナフタレンスルホン酸塩は、デンプン、発泡剤、および粘土との良好な相溶性を有する。ポリナフタレンスルホン酸塩の生産工程は、以下の反応ステップ：ナフタレンを硫酸でスルホン化して、ｂ−ナフタレンスルホン酸を生産すること、ｂ−ナフタレンスルホン酸をホルムアルデヒドと縮合させて、ポリメチレンナフタレンスルホン酸を生産すること、およびポリメチレンナフタレンスルホン酸を水酸化ナトリウムまたは別の水酸化物で中和すること、を含む。
【００９０】
ポリカルボキシレート分散剤は、石膏スラリーに好適な分散剤である。石膏スラリー用の好ましいポリカルボキシレート分散剤は、ポリカルボン酸エーテル分散剤、例えば、オキシアルキレン−アルキルエーテルと不飽和ジカルボン酸とのコポリマーを含む分散剤を含む。好ましくは、ポリカルボキシレート分散剤は、オキシアルキレン−アルキルエーテルと不飽和ジカルボン酸とのコポリマーを含む。
【００９１】
参照により組み込まれる、ＬｉｕらのＵＳ７，７６７，０１９は、本発明の石膏スラリー用の分散剤として使用するのに好適な分岐ポリカルボキシレートの実施形態を開示する。これらも、アニオン性界面活性剤である。Ｌｉｕらは、本質的に第１および第２の繰り返し単位からなるポリカルボキシレート分散剤を開示しており、ここで、第１の繰り返し単位は、オレフィン性不飽和モノカルボン酸繰り返し単位またはそのエステルもしくは塩、あるいはオレフィン性不飽和硫酸繰り返し単位またはその塩であり、第２の繰り返し単位は、式（Ｉ）のものである。
【００９２】
【化１】
2019531251.tif 000003
【００９３】
式中、Ｒ１は式（ＩＩ）によって表され、
【００９４】
【化２】
2019531251.tif 000004
【００９５】
式中、Ｒ２は、水素もしくは脂肪族Ｃ１〜Ｃ５炭化水素基であり、Ｒ３は、非置換もしくは置換アリール基であり、Ｒ４は、水素もしくは脂肪族Ｃ１〜Ｃ２０炭化水素基、脂環式Ｃ５〜Ｃ８炭化水素基、置換Ｃ６〜Ｃ１４アリール基、または式（ＩＩＩ）のうちの１つに適合する基であり、
【００９６】
【化３】
2019531251.tif 000005
【００９７】
式中、Ｒ５およびＲ７は、互いに独立して、アルキル、アリール、アラルキル、またはアルキルアリール基を表し、Ｒ６は、二価のアルキル、アリール、アラルキル、またはアルカリール基であり、ｐは、０〜３（両端を含む）であり、ｍおよびｎは、独立して、２〜４（両端を含む）の整数であり、ｘおよびｙは、独立して、５５〜３５０（両端を含む）の整数であり、ｚは、０〜２００（両端を含む）である。
【００９８】
参照により組み込まれる、ＢｌａｃｋｂｕｒｎらのＵＳ８，１４２，９１５もまた、本発明の石膏スラリー用の分散剤としての使用に好適なポリカルボキシレートの実施形態を開示する。
【００９９】
好ましくは、ナフタレン分散剤は、ベータ−ナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホネートホルムアルデヒド縮合物およびナフタレン硫酸ナトリウムホルムアルデヒド縮合物のうちの少なくとも１つから選択される。
【０１００】
好ましくは、ポリリン酸分散剤は、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）、およびピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）からなる群の少なくとも１種のメンバーから選択され、より好ましくは、ポリリン酸分散剤は、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）またはピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）であり、最も好ましくは、ポリリン酸分散剤は、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）を含む。
【０１０１】
加えて、例えば、２−アミノ−２−メチルプロパノールなどの好適なアミノアルコールを、分散剤として使用することができる。
【０１０２】
石膏スラリー用添加剤
硬化促進剤、硬化遅延剤、再石灰化阻害剤、結合剤、接着剤、分散剤、レベリングまたは非レベリング剤、増粘剤、殺菌剤、防カビ剤、ｐＨ調節剤、着色剤、補強材、難燃剤、撥水剤、充填剤、およびそれらの混合物などの添加剤が、望ましい特性を付与するため、かつ製造を容易にするために、石膏スラリー中に用いられ得る。
【０１０３】
石膏スラリーはまた、任意選択的に、スラリーを流動化するための分散剤の能力を向上させ、よってその有効性を改善する、１つ以上の改変剤も含む。好ましい改変剤には、生石灰または水酸化カルシウムとしても知られている石灰、水酸化カルシウムとしても知られている消石灰、炭酸ナトリウムとしても知られているソーダ灰、ならびに他のカルボネート、シリケート、ホスホネート、ホスフェートが含まれる。改変剤の用量は、使用される改変剤およびそれを使用する用途に応じて、０．０５％〜約１％である。改変剤およびそれらの使用に関する追加の情報は、参照により組み込まれ、「Ｍｏｄｉｆｉｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｇｙｐｓｕｍ  Ｓｌｕｒｒｉｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｕｓｉｎｇ  Ｔｈｅｍ」と題される、米国特許出願公開第ＵＳ２００６／０２８０８９８（Ａ１）号に見られる。
【０１０４】
好ましくは、改変剤および分散剤の両方が乾燥形態であり、それらを互いに予め混成し、スタッコに添加することができる。スタッコ組成物に分散剤および改変剤を添加するための方法は、参照により組み込まれ、「Ｍｏｄｉｆｉｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｇｙｐｓｕｍ  Ｓｌｕｒｒｉｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｕｓｉｎｇ  Ｔｈｅｍ」と題される、ＵＳ２００６／０２８０８９８（Ａ１）により詳細に開示されている。
【０１０５】
石膏スラリーを入れる用途に典型的な追加の添加剤も、スラリーに添加される。硬化遅延剤または乾燥促進剤を添加して、水和反応が起こる速度を改変する。気候安定化促進剤（「ＣＳＡ」）は、５％の砂糖と共粉砕された９５％の硫酸カルシウム二水和物を含む硬化促進剤であり、２５０°Ｆ（１２１℃）に加熱されて、砂糖をカラメル化する。ＣＳＡは、ＵＳＧ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈａｒｄ，Ｏｋｌａ．の工場から入手可能であり、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第３，５７３，９４７号に従って作製される。硫酸カリウムは、別の好ましい促進剤である。耐熱促進剤（ＨＲＡ）は、硫酸カルシウム二水和物１００ポンド当たり、砂糖約５〜２５ポンドの比率で、砂糖と共に粉砕された直後の硫酸カルシウム二水和物である。これは、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第２，０７８，１９９号にさらに記載されている。どちらも好ましい促進剤である。
【０１０６】
湿式石膏促進剤（ＷＧＡ）として知られている別の促進剤も、好ましい促進剤である。湿式石膏促進剤の使用およびそれを作製するための方法の説明は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，４０９，８２５号に開示されている。ＷＧＡは、硫酸カルシウム二水和物、水、および（ｉ）有機ホスホン化合物、（ｉｉ）リン酸含有化合物、または（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）との混合物からなる群から選択される少なくとも１つの添加剤の粒子を含む。この促進剤は、実質的な長寿命を呈し、かつ経時的にその有効性を維持するため、使用前に湿式石膏促進剤を作製、保管、さらには長距離輸送することができる。湿式石膏促進剤は、ボード製品の１，０００平方フィート（２４．３〜３９０ｇ／ｍ２）当たり、約５〜約８０ポンドの範囲の量で使用される。
【０１０７】
本発明への他の潜在的添加剤としては、カビ、白カビ、もしくは真菌の増殖を減少させるための殺生物剤および／もしくは防カビ剤がある。選択される殺生物剤および空洞充填の意図される使用に応じて、殺生物剤は、被覆、石膏コア、またはそれらの両方に添加され得る。殺生物剤の例としては、ホウ酸、ピリチオン塩、および銅塩が挙げられる。添加剤を、石膏スラリーに添加することができる。
【０１０８】
ガラス繊維が、任意選択的に、スラリーに添加される。紙繊維が、任意選択的に、スラリーに添加される。最終的な石膏製品の耐水性を改善させるために、ワックス乳化剤またはポリシロキサンが、任意選択的に、石膏スラリーに添加される。堅さが必要な場合は、一般に、ホウ酸が添加される。難燃性は、バーミキュライトの添加によって改善され得る。これらおよび他の既知の添加剤は、本発明のスラリー配合物中において有用である。
【０１０９】
石膏スラリーは、製品を強化するためにデンプンを含み得る。典型的なデンプンは、コーンスターチ、小麦デンプン、およびポテトスターチである。デンプンは、アルファ化デンプンまたは酸変性デンプンであり得る。当業者であれば、生デンプンをアルファ化する方法、例えば、生デンプンを少なくとも約１８５°Ｆ（８５℃）の温度で水中加熱すること、または他の方法などを理解するだろう。アルファ化デンプンを含める場合、アルファ化デンプンは、任意の好適な量で存在する。例えば、アルファ化デンプンを含める場合、アルファ化デンプンは、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、硬化石膏組成物の形成に使用する混合物に添加され得る。ＵＳＧ９５（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｇｙｐｓｕｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）等のデンプンも、コア強度のために任意選択で添加される。
【０１１０】
発泡剤
発泡剤を石膏スラリーに用いて、内部化学反応によって発生された内部発生発泡体を補うための追加の発泡体を生産することができる。これらの発泡剤は、発泡硬化石膏製品を調製するのに有用であることが知られている従来の発泡剤のうちのいずれでもよい。多くのこのような発泡剤は、よく知られており、商業的に容易に入手可能、例えば、石鹸である。
【０１１１】
好ましくは、発泡剤は、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪酸塩、ラウリル硫酸ナトリウム、アルキル硫酸塩、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルエーテル硫酸ナトリウム、（Ｃ１４−１６オレフィンスルホン酸ナトリウム、アルファ−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル、スルホコハク酸塩、アルキルフェノールエーテル硫酸塩、およびイセチオン酸塩からなる群から選択される。より好ましくは、アルファ−オレフィンスルホン酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゾフルフォネート、およびアルキルエーテルサルフェートオリゴマー。さらに、好ましくは、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、Ｃ１０−Ｃ１２アルコールエーテル硫酸アンモニウム、Ｃ１４−１６オレフィンスルホン酸ナトリウム、およびポリプロポキシ−ポリエトキシ−デシル硫酸ナトリウム（分子式Ｃ１０Ｈ２２−Ｏ（Ｃ３Ｈ６−ＯＣ２Ｈ４−Ｏ）ｘ−Ｈ２ＳＯ４−Ｎａ）からなる群の少なくとも１種のメンバー。最も好ましくは、２０〜２５％のブチルジグリコール、７〜１５％のラウリルエーテル硫酸ナトリウム、および３〜５％のアルコールＣ１０−Ｃ１６を含む混合物。
【０１１２】
１つの種類の発泡剤の例は、式ＲＯＳＯ３−Ｍ＋を有し、式中、Ｒは、２〜２０個の炭素原子を含有するアルキル基であり、Ｍは、陽イオンである。好ましくは、Ｒは、８〜１２個の炭素原子を含有するアルキル基である。１つの種類の発泡剤の例は、式ＣＨ３（ＣＨ２）ｘＣＨ２（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｙＯＳＯ３−Ｍ＋を有し、式中、Ｘは、２〜２０の数であり、Ｙは、０〜１０の数であり、かつ発泡剤の少なくとも５０重量パーセントにおいて０より大きく、Ｍは、陽イオンである。これらの発泡剤の混成物も、用いてもよい。
【０１１３】
ポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）は、発泡体がセメント系スラリー中に発生される前に、発泡安定剤としてスラリーに添加されてもよい。
【０１１４】
添加剤
本発明の実施においてスラリー中に用いられて望ましい特性を付与し、製造を容易にすることができる添加剤は、ケイ素ベースの消泡剤、アクリレート増粘剤、セルロース増粘剤、無機充填剤粉末、ｐＨ改変剤、好ましくはアルカノールアミン、および顔料、ならびに上述の分散剤の群の１種以上のメンバーから選択される。
【０１１５】
本発明の組成物は、粘土および／または硫酸カルシウム二水和物などの無機充填剤粉末を含む。
【０１１６】
粘土は、か焼してもしなくてもよい。「焼き粘土」という用語は、粘土が、揮発性化合物を追い出すために、熱処理、例えば、加熱を受けたと理解されるべきである。代表的な粘土としては、アタパルジャイト、モンモリロナイト、ノントロナイト、バイデライト、フォルコンスコイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、バーミキュライト、ハロイサイト、セリサイト、またはそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１１７】
増粘剤は、セルロース増粘剤およびアクリレート増粘剤からなる群の少なくとも１種のメンバーから選択される。好ましいセルロース増粘剤は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、メチルエチルセルロース、エチルセルロース、およびカルボキシメチルセルロースを含み、最も好ましくは、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを含む。最も好ましいセルロース増粘剤は、ヒドロキシメチルプロピルセルロースである。
【０１１８】
他の潜在的増粘剤は、カゼイン、アラビアゴム、グアーガム、トラガカントガム、デンプン、アルギン酸ナトリウムである。
【０１１９】
好ましいアクリレート増粘剤は、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸／アクリルアミドおよび（メタ）アクリル酸／アクリル酸エステルコポリマーなどのアクリル酸および（メタ）アクリル酸をベースとする水溶性コポリマーのうちの１つ以上から選択される。
【０１２０】
また、コーティング組成物は、ポリビニルアルコール、スチレン／無水マレイン酸ポリマーまたは好ましくは当業者に知られている疎水性変性ポリエーテルウレタン（ＨＥＵＲ）などの会合性増粘剤、疎水性変性アクリル酸コポリマー（ＨＡＳＥ）、およびポリエーテルポリオールから選択される増粘剤を含み得る。
【０１２１】
アルカリ有機化合物および／またはアルカリ無機化合物は、中和剤として好適である。アンモニア水溶液に加えて、エチルアミン、ジメチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエチルアミン、モルホリン、ピペリジン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロピルアミン、２−アミノ−２−メチルプロパノール、２−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−２−メチル−プロパノール、およびこれらの化合物の混合物などの揮発性第１級、第２級、および第３級アミンも好ましいも、好ましい。
【０１２２】
スラリーは、シリコーンベースの消泡剤を含有してもよい。消泡剤または発泡防止剤は、工業用処理液中の発泡体の形成を減少させ、かつ妨げる、化学的添加剤である。発泡防止剤および消泡剤という用語は、互換的に使用されることが多い。一般的に使用される薬剤は、ポリジメチルシロキサンおよび他のシリコーンである。添加剤は、発泡体の形成を防止するために使用されるか、またはすでに形成された発泡体を破壊するために添加される。シリコーンベースの消泡剤は、シリコーン骨格を有するポリマーである。シリコーン化合物は、シリコーン油中に分散された疎水性シリカからなる。乳化剤は、シリコーンが発泡媒体中で急速によく広がることを確実にするために添加される。シリコーン化合物はまた、シリコーングリコールおよび他の変性シリコーン流体を含有し得るだろう。ポリジメチルシロキサンが、好ましい消泡剤である。
【０１２３】
スラリーは、顔料を含有してもよい。使用され得る顔料は、意図される用途について当業者に知られている全ての顔料である。本発明による水性配合物に好ましい顔料は、例えば、好ましくは、ルチル、硫酸バリウム、酸化亜鉛、硫化亜鉛、塩基性炭酸鉛、三酸化アンチモン、およびリトポン（硫化亜鉛および硫酸バリウム）の形態の二酸化チタンである。しかしながら、水性配合物はまた、着色顔料、例えば、酸化鉄、カーボンブラック、グラファイト、発光顔料、亜鉛黄色、亜鉛緑色、群青、マンガンブラック、アンチモンブラック、マンガンバイオレット、パリスブルー、またはシュワインフルートグリーンを含有することもできる。無機顔料に加えて、本発明による配合物は、有機着色顔料、例えば、セピア、ガンボージ、カセットブラウン、トルイジンレッド、パラレッド、ハンザイエロー、インジゴ、アゾ染料、アントラキノイド、およびインジゴイド染料、ならびにジオキサジン、キナクリドン、フタロシアニン、イソインドリノン、および金属錯体顔料を含有することもできる。二酸化チタンが、好ましい顔料である。
【０１２４】
スラリーは、パーライトまたはポリスチレンなどの軽量の充填剤も含有し得る。
【０１２５】
スラリーは、水酸化マグネシウムなどのｐＨ改変剤を含有し得る。
【０１２６】
以下の実施例は、本発明のいくつかの好ましい実施形態をさらに例証し、それらを本発明の範囲外の方法および組成物と比較するために提示される。他に指示がない限り、組成物および混合物中の材料の濃度は、存在する焼き石膏の重量に基づいて、重量％で与えられる。
【０１２７】
実施例１−壁生成の具体例
発泡石膏壁を生成するために使用された、スラリー生成、ミョウバン溶液生成、ポンプ注入、および混合システムの１つの具体的な工程は、表１に列挙される原料の配合物を使用する、以下のものである。
【０１２８】
【表１】
2019531251.tif 000006
【０１２９】
以下のように、壁ボード間の空洞を充填するために、本発明の組成物を用いて３つの異なる工程を行った。
【０１３０】
工程１：
●乾燥材料をバッチ工程で混成、包装、およびスラリー化した
●乾燥ミョウバンと水とを混合することによって、ミョウバン溶液を生成した
●２つの溶液をＹ字型コネクタを介してポンプ注入および合流させた
●２つの溶液を静的ミキサーを使用して混合した
●次に、得られた混合発泡溶液を空洞に移送した
●空洞に入る材料は、膨張していない状態から完全に膨張された状態まで変化した
●空洞内の材料は凝固および乾燥した
【０１３１】
工程２：
●乾燥材料を混成、包装した
●包装材は連続工程でスラリー化された
●ミョウバン溶液を調達した
●２つの溶液をＹ字型コネクタを介してポンプ注入および合流させた
●２つの溶液を静的ミキサーを使用して混合した
●次に、得られた混合発泡溶液を空洞に移送した
●空洞に入る材料は、膨張していない状態から完全に膨張された状態まで変化した
●空洞内の材料は凝固および乾燥した
【０１３２】
工程３：
●乾燥材料を混成、包装した
●包装材は連続工程でスラリー化された
●ミョウバン溶液を調達した
●２つの溶液を動的ミキサーに供給した
●次に、得られた混合発泡溶液を空洞に移送した
●空洞に入る材料は、膨張していない状態から完全に膨張された状態まで変化した
●空洞内の材料は凝固および乾燥した
【０１３３】
工程１、２、および３において本発明の組成物を用いると、空洞を充填するように膨張した。
【０１３４】
実施例２
硫酸アルミニウム溶液と炭酸塩溶液とを混合して、時間内に発生されたガスの量を測定した。２つの液体が混合されたときに大量のガスが生成されるが、また反応は長期間にわたって継続することが示された。この初期のガス生成は、流体内に大きな圧力を生成し、それはスラリーの流動学的特性によって相殺されなければならず、さもなければ材料が膨張しようとするときに破裂および崩壊が起こるだろう。表２は、この結果を示す。
【０１３５】
【表２】
2019531251.tif 000007
【０１３６】
実施例３
密度が異なる、本発明の裸の空洞充填剤材料（壁ボードの間ではない）の試料について、熱的および音響的試験を、約１５−６０ｐｃｆで行った。１インチ当たりの熱抵抗および騒音低減係数を示す。空洞壁構造内に空の空洞があることと比較して、全ての値が向上している。表３は、この結果を示す。
【０１３７】
【表３】
2019531251.tif 000008
【０１３８】
実施例４
硫酸カルシウム半水和物、硫酸アルミニウム、および炭酸カルシウムを含む３つの配合物、ならびにセルロース増粘剤を、ＰＯＳＩ−ＴＥＳＴＥＲ接着試験デバイスを使用して、米国の石膏建材への接着について試験した。
【０１３９】
配合物Ａは、９１％の硫酸カルシウム半水和物、５％の炭酸カルシウム、および４％の硫酸アルミニウムであった。
【０１４０】
配合物Ｂは、８９．５％の硫酸カルシウム半水和物、５％の炭酸カルシウム、４％の硫酸アルミニウム、０．５％のＨＰＭＣ、および１％のポリカルボキシレートエーテルベースの超可塑剤（分散剤）であった。
【０１４１】
配合物Ｃは、８９．２％の硫酸カルシウム半水和物、５％の炭酸カルシウム、４％の硫酸アルミニウム、０．５％のＨＰＭＣ、０．１％のクエン酸ナトリウム、および０．２％のＣＳＡ  ＨＰＭＣ、および１％のポリカルボキシレートエーテルベースの超可塑剤（分散剤）であった。
【０１４２】
全ての百分率は、乾燥（無水）基準の重量百分率である。
【０１４３】
材料を、石膏ボード、石膏繊維ボード、ガラスマットシース、およびセメントボードなどの異なる基材に接着するように配合した。
【０１４４】
破損を引き起こすのに必要な圧力を表４に示す。この試験は、引張様試験である。
【０１４５】
【表４】
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【０１４６】
実施例５
配合物を、圧縮強度試験に供した。試料の文字指定は、表５および６の配合物に対応する。表５は、配合物を示す。表６は、配合物の圧縮強度を示す。
【０１４７】
【表５】
2019531251.tif 000010
【０１４８】
【表６】
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【０１４９】
図２は、試料の密度に対してプロットされた表８Ｂからの圧縮強度データを示す。「全て」のポイントは、個々の試験のポイントの後ろにあるので見ることができない。
【０１５０】
実施例６−ゼオライト
この実施例は、ゼオライトを使用してプラスター用のガス発生発泡システムを試験する。この実施例は、クリノプチロライトゼオライト（天然ゼオライト）および過炭酸ナトリウムを含有するプラスター配合物が、Ｏ２ガスの遊離を通して発泡プラスターモルタルを生産するかどうかを判定し、クリノプチロライトゼオライトを含有するプラスター配合物における過酸化水素の触媒酸化を実証するために行われた。
【０１５１】
この実施例では、プラスター用のガス発生発泡システムの概念を実証するために、粉末配合物の構成成分としてクリノプチロライトゼオライトを使用して、実験室配合物を調製した。試験片Ａでは、過炭酸ナトリウムを、乾燥混合剤としてプラスター配合物に添加した。試験片Ｂでは、５．２５％の過酸化水素溶液を使用して、ゼオライトを含有するプラスター配合物を、所望の試験の一貫性で混合した。１分間の浸漬、１分間の手による混合の混合手順を使用した。表７は、試験片ＡおよびＢの配合を示す。
【０１５２】
【表７】
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【０１５３】
図３は、過炭酸ナトリウムで作製された試験片Ａを示す。
【０１５４】
図４は、５．２５％の過酸化水素を用いて作製された試験片Ｂを示す。
【０１５５】
実施例７
この例は、標準プラスター配合物中のゼオライトと過炭酸ナトリウムとの間の相互作用関係を判定するために、ゼオライト／過炭酸ナトリウム相互作用を試験する。この実施例では、実験室試料を調製し、混合水に１分間乱さずに浸漬した後に、ホバートミキサーを使用して混合した。１分間の浸漬、ワイヤーホップを用いた速度２での２分間の混合の混合手順を使用した。直ちに粘度を判定した。３００グラムの混合スラリーを、標準３２オンスの紙クォートカップ内に注いだ。離型前に十分な強度を発現させるために、カップを乾燥オーブンに１日間入れた。完全に乾燥した後、試料の計算されたキャスト体積、体積増加、および乾燥密度を判定した。表８は、試験片１〜９の配合および結果を示す。
【０１５６】
【表８】
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【０１５７】
実施例８
この例では、標準プラスター配合物におけるゼオライトと過炭酸ナトリウムとの間の相互作用関係を判定するために、ゼオライトおよび過炭酸ナトリウムの様々な形態の相互作用を試験する。この実施例では、実験室試料を調製し、混合水に１分間乱さずに浸漬した後に、ホバートミキサーを使用して混合した。１分間の浸漬、ワイヤーホップを用いた速度２での２分間の混合の混合手順を使用した。直ちに粘度を判定した。３００グラムの混合スラリーを、標準３２オンスの紙クォートカップ内に注いだ。離型前に十分な強度を発現させるために、カップを乾燥オーブンに１日間入れた。完全に乾燥した後、試料の計算されたキャスト体積、体積増加、および乾燥密度を判定した。表９は、試験片Ａ１〜Ｄの配合および結果を示す。
【０１５８】
【表９】
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【０１５９】
実施例９
この例では、ゼオライトおよび過炭酸ナトリウムを含む軽量プラスター混合物中の、ＰＶＯＨ、デンプン、砂糖、ゼラチン、ポリエチレングリコールなどの弾性添加剤の機能特性を試験する。この実施例では、実験室試料を調製し、混合水に１分間乱さずに浸漬した後に、ミキサーを使用して混合した。１分間の浸漬、ワイヤーホップを用いた速度２での２分間の混合の混合手順を使用した。直ちに粘度を判定した。３００グラムの混合スラリーを、標準３２オンスの紙クォートカップ内に注いだ。離型前に十分な強度を発現させるために、カップを乾燥オーブンに１日間入れた。完全に乾燥した後、試料の計算されたキャスト体積、体積増加、および乾燥密度を判定した。表１０は、試験片Ｅ１〜Ｅ７の配合および結果を示す。
【０１６０】
【表１０】
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【０１６１】
本発明は、上に提供された実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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