(57)【要約】【課題】石膏組成物及び建材用の低固形分水性ワックスエマルションの提供。【解決手段】石膏配合物やその他建材に使用される水性ワックスエマルションであって、水と、パラフィン系炭化水素と、モンタンワックス成分と、炭化水素成分を含むエマルションを開示する。上記炭化水素成分は、炭素数５〜２０の少なくとも１種の炭化水素化合物、又は、上記少なくとも１種の炭化水素化合物をモノマーとして得られた少なくとも１種の炭化水素樹脂であり、上記樹脂は上記炭化水素化合物を含む少なくとも二量体であって、約３０００以下の分子量（Ｍｗ）を有し、上記炭化水素成分の軟化点は約２２℃〜約１１０℃である。このようなエマルションを製造する方法もまた提供される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石膏配合物用水性ワックスエマルションであって、
水と、
パラフィン系炭化水素と、
モンタンワックス成分と、
炭化水素成分を含み、
前記炭化水素成分は、炭素数５〜２０の少なくとも１種の炭化水素化合物、又は、前記少なくとも１種の炭化水素化合物をモノマーとして得られた少なくとも１種の炭化水素樹脂であり、前記樹脂は前記炭化水素化合物を含む少なくとも二量体であって、約３０００以下の分子量（Ｍｗ）を有し、前記炭化水素化合物は、飽和又は不飽和の官能化又は非官能化炭化水素化合物であって、脂肪族、脂環式又は芳香族炭化水素化合物であり、
前記炭化水素成分の軟化点は約２２℃〜約１１０℃である、
水性ワックスエマルション。
【請求項２】
前記炭化水素成分の軟化点が約６５℃〜約１１０℃である、
請求項１記載の水性ワックスエマルション。
【請求項３】
前記水が前記エマルションの約６０部〜約８０重量％を構成し、
前記モンタンワックス成分が、前記炭化水素成分と前記パラフィン系炭化水素の合計重量１００重量部に対して約１〜約２００重量部であり、
前記炭化水素成分の前記パラフィン系炭化水素に対する比が約０．００４：１〜約２：１である、
請求項１記載の水性ワックスエマルション。
【請求項４】
前記水が前記エマルションの約７０重量％以上を構成し、
前記モンタンワックス成分が、前記炭化水素成分と前記パラフィン系炭化水素の合計重量１００重量部に対して好ましくは約１〜約５０重量部であり、
前記炭化水素成分の前記パラフィン系炭化水素に対する比が約０．０２：１〜約１：１である、
請求項３記載の水性ワックスエマルション。
【請求項５】
前記炭化水素成分の前記パラフィン系炭化水素に対する比が約０．０５〜約０．４：１である、
請求項４記載の水性ワックスエマルション。
【請求項６】
前記モンタンワックス成分が実質的にモンタンワックスからなる、
請求項１記載の水性ワックスエマルション。
【請求項７】
前記モンタンワックス成分がモンタンワックス及びモンタンワックス代替品を含む、
請求項１記載の水性ワックスエマルション。
【請求項８】
前記モンタンワックス代替品が、合成ノルマルα−オレフィンワックス；炭素鎖長が炭素原子数約２０以上で、酸化、及び／又は、蒸留若しくはストリッピングによる精製によって改質された合成オレフィンワックス；天然又は合成カルナバワックス；パームワックス；フィッシャー・トロプシュワックス；アルケン重合体；酸化ポリエチレンワックス；並びに、それらの混合物、ブレンド又は誘導体からなる群より選択される、
請求項７記載の水性ワックスエマルション。
【請求項９】
前記炭化水素成分が、
（ｉ）芳香族石油蒸留物からなる分子量が約１０００以下、軟化点が約９０℃〜約１００℃の芳香族石油炭化水素樹脂、及び、それらのフェノール官能化樹脂、それらの酸官能化樹脂、又は、それらのエステル、
（ｉｉ）Ｃ５〜Ｃ９石油留分から得られた軟化点が約７５℃〜約１０５℃の芳香族炭化水素化合物若しくは樹脂、及び、それらのフェノール変性化合物若しくは樹脂、それらの酸変性化合物若しくは樹脂、又は、それらのエステル、
（ｉｉｉ）テルペン樹脂及びテルペンフェノール樹脂、
（ｉｖ）ロジン、ロジンエステル、ペンタエリスリトール含有ロジン、ペンタエリスリトール含有ロジンエステル、及び、酸変性ロジン、
（ｖ）酸変性樹脂、ペンタエリスリトール含有樹脂エステル、
（ｖｉ）軟化点が約９５℃〜約１０５℃の脂肪族及び脂環式炭化水素樹脂、
（ｖｉｉ）軟化点が約２０℃〜約１００℃のクマロンインデン樹脂、
（ｖｉｉｉ）アルキル、アルケニル、アルキニル又はアリール官能化ナフタレンエステル、並びに、
（ｉｘ）フェノール、テルペン、インデン、ナフサ、ナフタレン、及び、それらのアルキル、アルケニル、アルキニル又はアリール官能化化合物の群より選択される脂環式化合物
からなる群より選択される、
請求項１記載の水性ワックスエマルション。
【請求項１０】
前記パラフィン系炭化水素が、融点が約４０℃〜約８０℃のワックスである、
請求項１記載の水性ワックスエマルション。
【請求項１１】
さらに、前記パラフィン系炭化水素と前記炭化水素成分の重量１００重量部に対して約１〜約５０重量部の安定化剤を含む、
請求項１記載の水性ワックスエマルション。
【請求項１２】
前記安定化剤が、９０％以上加水分解されたポリビニルアルコールである、
請求項１１記載の水性ワックスエマルション。
【請求項１３】
前記ポリビニルアルコールが約９７〜１００％加水分解されている、
請求項１２記載の水性ワックスエマルション。
【請求項１４】
さらに、前記エマルションに対して約１〜約５重量％の乳化剤を含む、
請求項１記載の水性ワックスエマルション。
【請求項１５】
前記乳化剤が非イオン性界面活性剤及び／又はアニオン性界面活性剤である、
請求項１４記載の水性ワックスエマルション。
【請求項１６】
さらに、前記エマルションに対して約０．０１〜約５重量％の鹸化剤を含む、
請求項１記載の水性ワックスエマルション。
【請求項１７】
前記鹸化剤がアルカリ金属である、
請求項１６記載の水性ワックスエマルション。
【請求項１８】
さらに、硫黄含有基を有する分散剤及び／又は界面活性剤を前記エマルションに対して０．０１〜約２重量％含む、
請求項１記載の水性ワックスエマルション。
【請求項１９】
前記分散剤及び／又は界面活性剤が、リグノスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、それらの誘導体及び／又はスルホン酸塩である、
請求項１８記載の水性ワックスエマルション。
【請求項２０】
（ａ）約７０重量％以上の水と、
（ｂ）約１５〜約１８重量％の、融点が約４０℃〜約８０℃のパラフィン系炭化水素ワックスと、
（ｃ）約０．１〜約１重量％のアルカリ金属と、
（ｄ）約２〜約５重量％のモンタンワックス及び／又はモンタンワックス代替品と、
（ｅ）約０．１〜約１０重量％の、９７％以上加水分解されたポリビニルアルコールと、
（ｆ）約０．１〜約１０重量％の炭化水素成分
を含む水性ワックスエマルションであって、
前記炭化水素成分は、炭素数５〜２０の少なくとも１種の炭化水素化合物、又は、前記少なくとも１種の炭化水素化合物をモノマーとして得られた少なくとも１種の炭化水素樹脂であり、前記樹脂は前記炭化水素化合物を含む少なくとも二量体であって、約３０００以下の分子量（Ｍｗ）を有し、前記炭化水素化合物は、飽和又は不飽和の官能化又は非官能化炭化水素化合物であって、脂肪族、脂環式又は芳香族炭化水素化合物であり、
前記炭化水素成分の軟化点は約２２℃〜約１１０℃である、
水性ワックスエマルション。
【請求項２１】
前記炭化水素成分が、
（ｉ）芳香族石油蒸留物からなる分子量が約１０００以下、軟化点が約９０℃〜約１００℃の芳香族石油炭化水素樹脂、及び、それらのフェノール官能化樹脂、それらの酸官能化樹脂、又は、それらのエステル、
（ｉｉ）Ｃ５〜Ｃ９石油留分から得られた軟化点が約７５℃〜約１０５℃の芳香族炭化水素化合物若しくは樹脂、及び、それらのフェノール変性化合物若しくは樹脂、それらの酸変性化合物若しくは樹脂、又は、それらのエステル、
（ｉｉｉ）テルペン樹脂及びテルペンフェノール樹脂、
（ｉｖ）ロジン、ロジンエステル、ペンタエリスリトール含有ロジン、ペンタエリスリトール含有ロジンエステル、及び、酸変性ロジン、
（ｖ）酸変性樹脂、ペンタエリスリトール含有樹脂エステル、
（ｖｉ）軟化点が約９５℃〜約１０５℃の脂肪族及び脂環式炭化水素樹脂、
（ｖｉｉ）軟化点が約２０℃〜約１００℃のクマロンインデン樹脂、
（ｖｉｉｉ）アルキル、アルケニル、アルキニル又はアリール官能化ナフタレンエステル、並びに、
（ｉｘ）フェノール、テルペン、インデン、ナフサ、ナフタレン、及び、それらのアルキル、アルケニル、アルキニル又はアリール官能化化合物の群より選択される脂環式化合物
からなる群より選択される、
請求項２０記載の水性ワックスエマルション。
【請求項２２】
水性ワックスエマルションの製造方法であって、
（ａ）炭化水素成分をパラフィン系炭化水素に混合して、第一の混合エマルション成分を形成する工程であって、
前記炭化水素成分は、炭素数５〜２０の少なくとも１種の炭化水素化合物、又は、前記少なくとも１種の炭化水素化合物をモノマーとして得られた少なくとも１種の炭化水素樹脂であり、前記樹脂は前記炭化水素化合物を含む少なくとも二量体であって、約３０００以下の分子量（Ｍｗ）を有し、前記炭化水素化合物は、飽和又は不飽和の官能化又は非官能化炭化水素化合物であって、脂肪族、脂環式又は芳香族炭化水素化合物であり、
前記炭化水素成分の軟化点は約２２℃〜約１１０℃である工程、
（ｂ）前記第一の混合エマルション成分をモンタンワックス及び／又はモンタンワックス代替品に混合して、第二の混合エマルション成分を形成する工程、並びに、
（ｃ）前記第二の混合エマルション成分を乳化する工程
を含む方法。
【請求項２３】
工程（ｂ）の後であって工程（ｃ）の前に、約９０％以上加水分解されたポリビニルアルコール安定化剤の高温水溶液を前記第二の混合エマルション成分と混合する、
請求項２２記載の水性ワックスエマルションの製造方法。
【請求項２４】
前記ポリビニルアルコールの高温水溶液がさらに、乳化剤、鹸化剤、硫黄含有基を有する分散剤及び／又は界面活性剤、並びに、それらの混合物又は組み合わせからなる群より選択される少なくとも１種の添加剤を含む、
請求項２３記載の水性ワックスエマルションの製造方法。
【請求項２５】
（ａ）水を含む石膏スラリーと
（ｂ）水性ワックスエマルション
を含む硬化性石膏組成物であって、
前記水性ワックスエマルションは、
（ｉ）水と、
（ｉｉ）パラフィン系炭化水素と、
（ｉｉｉ）モンタンワックス成分と、
（ｉｖ）炭化水素成分を含み、
前記炭化水素成分は、炭素数５〜２０の少なくとも１種の炭化水素化合物、又は、前記少なくとも１種の炭化水素化合物をモノマーとして得られた少なくとも１種の炭化水素樹脂であり、前記樹脂は前記炭化水素化合物を含む少なくとも二量体であって、約３０００以下の分子量（Ｍｗ）を有し、前記炭化水素化合物は、飽和又は不飽和の官能化又は非官能化炭化水素化合物であって、脂肪族、脂環式又は芳香族炭化水素化合物であり、
前記炭化水素成分の軟化点は約２２℃〜約１１０℃である、
硬化性石膏組成物。
【請求項２６】
さらに、前記石膏スラリー及び／又は前記ワックスエマルション中に分散剤を含み、
該分散剤が、リグノスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、及び、それらの組み合わせ若しくは塩である、
請求項２５記載の硬化性石膏組成物。
【請求項２７】
さらに、ラテックス若しくはエマルション形態の酢酸ビニル／エチレン共重合体を含む第一の添加剤、及び／又は、
（ｉ）湿潤剤及び／又は界面活性剤、（ｉｉ）チタンカップリング剤、（ｉｉｉ）ジルコニウムカップリング剤、並びに、（ｉｖ）それらの混合物の少なくとも１つである第二の添加剤を含む、
請求項２５記載の硬化性石膏組成物。
【請求項２８】
前記第二の添加剤が前記湿潤剤及び／又は前記界面活性剤を含む、
請求項２７記載の硬化性石膏組成物。
【請求項２９】
前記湿潤剤及び／又は前記界面活性剤のＨＬＢが約３〜１６である、
請求項２８記載の硬化性石膏組成物。
【請求項３０】
前記湿潤剤及び／又は前記界面活性剤が、脂肪族アルコール、エトキシ化アルコール、植物油エトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、一塩基エステル、シリコーンポリエーテル、アルキル化又はアルケニル化ピロリドン系化合物、アスファルテン分散剤、アセチレンジオール、エチレンオキシド／ポリエチレンオキシドブロック共重合体、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールエステル、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホネート、ナトリウム塩、カリウム塩、アミン塩、アルキル化ジフェニルオキシドジスルホン酸ナトリウム、アミンオキシド、アミンエトキシレート、アルカノールアミド、芳香族スルホン酸ナトリウム及びアンモニウム、硫酸アルコール、硫酸アルコールエーテル、エトキシ化アルコールリン酸エステル、エトキシ化アルコール硫酸エステル、アルキルスルホン酸ナトリウム、アルファスルホメチルエステルナトリウム塩、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、及び、含フッ素脂肪族界面活性剤からなる群より選択される、
請求項２８記載の硬化性石膏組成物。
【請求項３１】
石膏約１００重量部に対して、前記水性ワックスエマルションのワックスエマルション固形分を約０．５〜約２０重量部含む、
請求項２５記載の硬化性石膏組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年２月２４日に出願された米国仮特許出願番号６１／４４６，４９２について米国法典第３５編第１１９条（ｅ）の利益を主張するものである。この仮特許出願の全体を本願明細書に参照により引用する。
【０００２】
技術分野
本発明は、硬化性石膏配合物やその他建築・建設用配合物に添加するためのワックスエマルション及びワックス混合物の分野に関する。具体的には、石膏壁板を製造するための、吸水率が低く、固形分が少ない上記混合物及びエマルションの分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの建造物の内壁及び外壁の形成には石膏壁板が使用されている。一般に石膏壁板は、通常はスラリー組成物として調製される石膏組成物を２枚のライナー間に配し、硬化させた構造を有する。そのような壁板用石膏組成物として、標準的な壁板用配合物を用いてもよく、また、各種ワックスエマルションを用いるなどして耐水性のものとしてもよい。市販されている一般的な耐水性ワックスエマルションのなかには、特定のワックス成分（１種類のワックスか、より一般的には混合ワックス）、鹸化剤、乳化剤、安定化剤及びその他添加剤を使用しているものもある。
【０００４】
壁板産業において重大性を増しているのが、配合成分のコストが上昇していることに加え、エネルギーコストが増大していることに関して、壁板製造コストが上昇し続けているということである。例えば、最終製品の作製にエマルションを用いる石膏壁板のような建材の製造方法においては、乾燥工程やエレルギー使用量の多い工程が通常必要となることは、当分野において既知である。したがって、乾燥に用いるエネルギーを削減しコストを削減することができれば、（標準的な耐水性）石膏壁板の製造にとって有益となるだろう。製造業者においてエネルギー需要が増している場合にはなおさらである。製造に要する各種成分、時間及び工程もまた、得られる壁板の品質と同様に重要である。
【０００５】
耐水性壁板の製造に関して、耐水性石膏組成物及びそのためのワックスエマルションが特許文献１に開示されている。このエマルションは、融点が約４０℃〜８０℃のパラフィン系炭化水素と、上記パラフィン系炭化水素１００重量部に対して約１〜２００重量部のモンタンワックスと、上記パラフィン系炭化水素１００重量部に対して約１〜約５０重量部のポリビニルアルコールを含んでいる。耐水性壁板用ワックスエマルションにモンタンワックスを使用することは極めて効果的であり、優れた性能を得ることができる。他に、モンタンワックス以外の天然ワックス（カルナバワックス、蜜ろう、コロホニウム樹脂等）及び／又は合成ワックス（フィッシャー・トロプシュワックス等）を用いた耐水性配合物や、耐水性ワックス配合物の代替品も用いられている。こうした配合物のほとんどは石膏壁板配合物に良好な耐水性を付与する。
【０００６】
上述の合成又は天然ワックスは、建材及び石膏壁板産業において防水加工用途で使用されており、配向性ストランドボードにおいても用いられている。建材産業で、特に耐水性石膏壁板において使用される上記天然ワックスのうち、上述のモンタンワックスが広く用いられている。モンタンワックスは亜炭ワックスであり、鎖長が炭素原子数約２４〜３０の長鎖アルキル酸及びアルキルエステルからなる化学成分を含んでいる。加えて、天然モンタンは、樹脂酸、ポリテルペンや、いくらかのアルコール、ケトン及び他の炭化水素を含み、「純粋」なワックスではない。モンタンは鹸化性ワックスであり、その鹸化価は約９２、融点は約８０℃である。モンタンワックスは高い効果をもたらす半面、以下のような欠点も有する。必ずしも十分な純度を有しておらず、また、天然ワックスであることから、配合組成にいくらかばらつきがある傾向があり、更に重要なことには、主にドイツで産出される天然資源から限られた量でしか入手できないため、モンタンワックスはより高価なものとなりつつあり、十分な供給を得ることは上記ワックスエマルションの製造業者にとっての課題となりつつある。
【０００７】
さらに、高い耐水性が得られるとはいえ、石膏壁板において良好な耐水性を得つつ、添加剤エマルションの固形分を減少させ、スラリー粘度を改善して製造中の水の添加を不要とすることによって、成分コストを下げ、供給コスト及び／又は製造コストを削減することが望ましいであろう。さらに、同様のエマルションは配向性ストランドボードやその他の建築・建設用途において使用されているため、このようなエマルションにおけるコスト削減は望ましいものである。
【０００８】
したがって、当分野においては、石膏壁板又は他の建築・建設用配合物の特性を向上させる組成物及び方法が求められており、それらの組成物及び方法は同時に、エネルギーコスト削減や材料コスト削減等の製造コストを抑えるものであることが好ましい。加えて、石膏壁板においては、石膏スラリー粘度を改善することにより、石膏ボード用配合物に適したスラリーの形成に必要となる水の量を減少させて乾燥時間を改善し、同時に、従来の防水性又は耐水性石膏壁板と同等又はより高い耐水性をもたらすものであることが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５，４３７，７２２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、炭化水素成分を含む水性ワックスエマルションを提供する。上記炭化水素成分は、炭素数５〜２０の少なくとも１種の炭化水素化合物、及び、上記少なくとも１種の炭化水素化合物をモノマーとして得られた少なくとも１種の炭化水素樹脂の両方又はいずれかである。樹脂である場合、その樹脂は本明細書の炭化水素化合物の少なくとも二量体であって、約３０００以下の分子量（Ｍｗ）を有する。上記炭化水素化合物は飽和であっても不飽和であってもよく、官能化されていても非官能化であってもよく、脂肪族、脂環式又は芳香族である。軟化点が約２２℃〜約１１０℃であることがさらに好ましい。
【００１１】
いくつかの実施形態では、エマルション中のいくらかのパラフィン系炭化水素成分を少なくとも一部、上記炭化水素成分に置き替えることができ、それにより、吸水耐性を保持あるいは向上しつつ、固形分が少ないためにより多量の水を含有できるという独特な性質を持ったエマルションを得ることができる。エマルションに含まれる水を多くするほど、エマルションを含む石膏スラリーにおいて所望の粘度やその他の揺変性を得るために要する水は減少する。製造コストは、乾燥回数をより簡易にすることや、エマルション組成物中の固形分を減らして、耐水性石膏ボード作製に要する水性ワックスエマルションのコストを削減することによって低くすることができる。
【００１２】
本明細書中の一実施形態において、本発明は石膏配合物用水性ワックスエマルションを含み、そのワックスエマルションは、水と、パラフィン系炭化水素と、モンタンワックス成分と、炭化水素成分を含み、上記炭化水素成分は、炭素数５〜２０の少なくとも１種の炭化水素化合物、又は、上記少なくとも１種の炭化水素化合物をモノマーとして得られた少なくとも１種の炭化水素樹脂であり、上記樹脂は上記炭化水素化合物を含む少なくとも二量体であって、約３０００以下の分子量（Ｍｗ）を有し、上記炭化水素化合物は、飽和又は不飽和の官能化又は非官能化炭化水素化合物であって、脂肪族、脂環式又は芳香族炭化水素化合物であり、上記炭化水素成分の軟化点は約２２℃〜約１１０℃、より好ましくは約６５℃〜約１１０℃である。
【００１３】
上記実施形態において、水が上記エマルションの約６０部〜約８０重量％、好ましくは約７０重量％以上を構成してもよく、上記モンタンワックス成分が、上記炭化水素成分と上記パラフィン系炭化水素の合計重量１００重量部に対して約１〜約２００重量部、好ましくは約１〜約５０重量部であってもよく、上記炭化水素成分の上記パラフィン系炭化水素に対する比が好ましくは約０．００４：１〜約２：１、より好ましくは約０．０２：１〜約１：１、最も好ましくは約０．０５〜約０．４：１である。
【００１４】
上記モンタンワックス成分が実質的にモンタンワックスからなっていてもよく、あるいは、モンタンワックス代替品又はモンタンワックスとモンタンワックス代替品の組み合わせを含んでいてもよい。好適なモンタンワックス代替品としては、合成ノルマルα−オレフィンワックス；炭素鎖長が炭素原子数約２０以上で、酸化、及び／又は、蒸留若しくはストリッピングによる精製によって改質された合成オレフィンワックス；天然又は合成のカルナバワックス；パームワックス；フィッシャー・トロプシュワックス；アルケン重合体；酸化ポリエチレンワックス；並びに、それらの混合物、ブレンド又は誘導体が挙げられる。
【００１５】
上記炭化水素成分が、（ｉ）芳香族石油蒸留物からなる分子量が約１０００以下、軟化点が約９０℃〜約１００℃の芳香族石油炭化水素樹脂、及び、それらのフェノール官能化樹脂、それらの酸官能化樹脂、又は、それらのエステル、（ｉｉ）Ｃ５〜Ｃ９石油留分から得られた軟化点が約７５℃〜約１０５℃の芳香族炭化水素化合物若しくは樹脂、及び、それらのフェノール変性化合物若しくは樹脂、それらの酸変性化合物若しくは樹脂、又は、それらのエステル、（ｉｉｉ）テルペン樹脂及びテルペンフェノール樹脂、（ｉｖ）ロジン、ロジンエステル、ペンタエリスリトール含有ロジン、ペンタエリスリトール含有ロジンエステル、及び、酸変性ロジン、（ｖ）酸変性樹脂、ペンタエリスリトール含有樹脂エステル、（ｖｉ）軟化点が約９５℃〜約１０５℃の脂肪族及び脂環式炭化水素樹脂、（ｖｉｉ）軟化点が約２０℃〜約１００℃のクマロンインデン樹脂、（ｖｉｉｉ）アルキル、アルケニル、アルキニル又はアリール官能化ナフタレンエステル、並びに、（ｉｘ）フェノール、テルペン、インデン、ナフサ、ナフタレン、及び、それらのアルキル、アルケニル、アルキニル又はアリール官能化化合物の群より選択される脂環式化合物を含む各種樹脂及び化合物からなる群より選択されることが好ましい。
【００１６】
上記パラフィン系炭化水素が、融点が約４０℃〜約８０℃のワックスであることが好ましく、上記パラフィン系炭化水素と上記炭化水素成分の重量１００重量部に対して約１〜約５０重量部の安定化剤が存在していてもよい。さらに、９０％以上、好ましくは約９７％〜１００％加水分解されたポリビニルアルコール等、安定化剤を用いることも好ましい。
【００１７】
さらに上記エマルションは、上記エマルションに対して約１〜約５重量％の乳化剤を含んでいてもよい。乳化剤としては、非イオン性界面活性剤及び／又はアニオン性界面活性剤が挙げられる。上記エマルションはまた、上記エマルションに対して約０．０１〜約５重量％の鹸化剤を含んでいてもよい。鹸化剤としては、水酸化カリウム等のアルカリ金属が挙げられる。さらに、上記エマルションが、硫黄含有基を有する分散剤及び／又は界面活性剤を約０．０１〜約２重量％、含んでいてもよい。上記分散剤及び／又は界面活性剤としては、リグノスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、それらの誘導体及び／又はスルホン酸塩が挙げられる。
【００１８】
別の実施形態において、（ａ）約７０重量％以上の水と、（ｂ）約１５〜約１８重量％の、融点が約４０℃〜約８０℃のパラフィン系炭化水素ワックスと、（ｃ）約０．１〜約１重量％のアルカリ金属と、（ｄ）約２〜約５重量％のモンタンワックス及び／又はモンタンワックス代替品と、（ｅ）約０．１〜約１０重量％の、９７％以上加水分解されたポリビニルアルコールと、（ｆ）約０．１〜約１０重量％の炭化水素成分を含む水性ワックスエマルションであって、上記炭化水素成分は、炭素数５〜２０の少なくとも１種の炭化水素化合物、又は、上記少なくとも１種の炭化水素化合物をモノマーとして得られた少なくとも１種の炭化水素樹脂であり、上記樹脂は上記炭化水素化合物を含む少なくとも二量体であって、約３０００以下の分子量（Ｍｗ）を有し、上記炭化水素化合物は、飽和又は不飽和の官能化又は非官能化炭化水素化合物であって、脂肪族、脂環式又は芳香族炭化水素化合物であり、上記炭化水素成分の軟化点は約２２℃〜約１１０℃である水性ワックスエマルションは、本発明に含まれる。
【００１９】
上記炭化水素成分が、上述のように、次の材料群のいずれか１種であってよい。（ｉ）芳香族石油蒸留物からなる分子量が約１０００以下、軟化点が約９０℃〜約１００℃の芳香族石油炭化水素樹脂、及び、それらのフェノール官能化樹脂、それらの酸官能化樹脂、又は、それらのエステル、（ｉｉ）Ｃ５〜Ｃ９石油留分から得られた軟化点が約７５℃〜約１０５℃の芳香族炭化水素化合物若しくは樹脂、及び、それらのフェノール変性化合物若しくは樹脂、それらの酸変性化合物若しくは樹脂、又は、それらのエステル、（ｉｉｉ）テルペン樹脂及びテルペンフェノール樹脂、（ｉｖ）ロジン、ロジンエステル、ペンタエリスリトール含有ロジン、ペンタエリスリトール含有ロジンエステル、及び、酸変性ロジン、（ｖ）酸変性樹脂、ペンタエリスリトール含有樹脂エステル、（ｖｉ）軟化点が約９５℃〜約１０５℃の脂肪族及び脂環式炭化水素樹脂、（ｖｉｉ）軟化点が約２０℃〜約１００℃のクマロンインデン樹脂、（ｖｉｉｉ）アルキル、アルケニル、アルキニル又はアリール官能化ナフタレンエステル、並びに、（ｉｘ）フェノール、テルペン、インデン、ナフサ、ナフタレン、及び、それらのアルキル、アルケニル、アルキニル又はアリール官能化化合物の群より選択される脂環式化合物。
【００２０】
本発明はさらに、水性ワックスエマルションの製造方法を含む。該方法は、（ａ）炭化水素成分をパラフィン系炭化水素に混合して、第一の混合エマルション成分を形成する工程であって、上記炭化水素成分は、炭素数５〜２０の少なくとも１種の炭化水素化合物、又は、上記少なくとも１種の炭化水素化合物をモノマーとして得られた少なくとも１種の炭化水素樹脂であり、上記樹脂は上記炭化水素化合物を含む少なくとも二量体であって、約３０００以下の分子量（Ｍｗ）を有し、上記炭化水素化合物は、飽和又は不飽和の官能化又は非官能化炭化水素化合物であって、脂肪族、脂環式又は芳香族炭化水素化合物であり、上記炭化水素成分の軟化点は約２２℃〜約１１０℃である工程、（ｂ）上記第一の混合エマルション成分をモンタンワックス及び／又はモンタンワックス代替品に混合して、第二の混合エマルション成分を形成する工程、並びに、（ｃ）上記第二の混合エマルション成分を乳化する工程を含む。
【００２１】
上述の水性ワックスエマルション製造方法では、工程（ｂ）の後であって工程（ｃ）の前に、約９０％以上加水分解されたポリビニルアルコール安定化剤の高温水溶液を上記第二の混合エマルション成分と混合してもよい。上記ポリビニルアルコールの高温水溶液が、乳化剤、鹸化剤、硫黄含有基を有する分散剤及び／又は界面活性剤、並びに、それらの混合物又は組み合わせからなる群より選択される少なくとも１種の添加剤を含んでいてもよい。
【００２２】
本発明はまた、（ａ）水を含む石膏スラリーと（ｂ）水性ワックスエマルションを含む硬化性石膏組成物を含む。上記水性ワックスエマルションは、（ｉ）水と、（ｉｉ）パラフィン系炭化水素と、（ｉｉｉ）モンタンワックス成分と、（ｉｖ）炭化水素成分を含み、上記炭化水素成分は、炭素数５〜２０の少なくとも１種の炭化水素化合物、又は、上記少なくとも１種の炭化水素化合物をモノマーとして得られた少なくとも１種の炭化水素樹脂であり、上記樹脂は上記炭化水素化合物を含む少なくとも二量体であって、約３０００以下の分子量（Ｍｗ）を有し、上記炭化水素化合物は、飽和又は不飽和の官能化又は非官能化炭化水素化合物であって、脂肪族、脂環式又は芳香族炭化水素化合物であり、上記炭化水素成分の軟化点は約２２℃〜約１１０℃である。さらに、上記石膏スラリー及び／又は上記ワックスエマルションへの添加によって、上記硬化性石膏組成物に分散剤を含ませてもよい。そのような分散剤としては、リグノスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、及び、それらの組み合わせ若しくは塩が挙げられる。
【００２３】
一実施形態において、上記硬化性石膏組成物はまた、強度及び／又は湿潤性を向上する１種以上の添加剤を含んでいてもよい。したがって上記組成物は、ラテックス若しくはエマルション形態の酢酸ビニル／エチレン共重合体を含む第一の添加剤、及び／又は、（ｉ）湿潤剤及び／又は界面活性剤、（ｉｉ）チタンカップリング剤、（ｉｉｉ）ジルコニウムカップリング剤、並びに、（ｉｖ）それらの混合物の少なくとも１つである第二の添加剤を含んでいてもよい。
【００２４】
上記第二の添加剤が、ＨＬＢが約３〜１６であってもよい上記湿潤剤及び／又は上記界面活性剤を含むことが好ましい。上記湿潤剤及び／又は上記界面活性剤が、脂肪族アルコール、エトキシ化アルコール、植物油エトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、一塩基エステル、シリコーンポリエーテル、アルキル化又はアルケニル化ピロリドン系化合物、アスファルテン分散剤、アセチレンジオール、エチレンオキシド／ポリエチレンオキシドブロック共重合体、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールエステル、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホネート、ナトリウム塩、カリウム塩、アミン塩、アルキル化ジフェニルオキシドジスルホン酸ナトリウム、アミンオキシド、アミンエトキシレート、アルカノールアミド、芳香族スルホン酸ナトリウム及びアンモニウム、硫酸アルコール、硫酸アルコールエーテル、エトキシ化アルコールリン酸エステル、エトキシ化アルコール硫酸エステル、アルキルスルホン酸ナトリウム、アルファスルホメチルエステルナトリウム塩、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、及び、含フッ素脂肪族界面活性剤のうちの１種以上であってよい。
【００２５】
上記硬化性石膏組成物が、石膏約１００重量部に対して、上記水性ワックスエマルションのワックスエマルション固形分を約０．５〜約２０重量部含むことが好ましい。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本明細書の組成物は、耐水性石膏壁板において、さらには配向性ストランドボードにおいて添加剤として使用するための低固形分ワックスエマルションであって、優れた耐水性とエマルション特性（粘度、比重、混和性等）を使用時に発揮するワックスエマルションを提供する。同時に、上記ワックスエマルションは固形量が少なくて済み、多くの水を含むことができるため、エマルションのコストを削減することができ、また、壁板製造用の石膏組成物にエマルションを混合すれば製造コストを下げることができ、乾燥時のエネルギーを節約できる。さらに、上記組成物は湿潤剤及び補強剤を含んでいてもよい。これらの添加剤は、壁板を製造する際に本明細書のエマルションを用いて作製される石膏組成物を改質するのに用いられる。そのような組成物は、耐水性を付与するために本明細書に記載の水性ワックスエマルションを用いて製造される。いくつかの実施形態においては、スラリー粘度を良好なものとするか改善させることに加えて水分を減少させることよって、乾燥回数及び／又は温度（熱利用量）を減少させ、組成物の揺変性及びレオロジー特性を改善することで、エネルギーコストを削減し、製造コストを節約できる。本明細書のエマルションはまた、配向性ストランドボード等の他の建築・設用配合物に用いてもよく、性能を大きく犠牲にすることなくコストを削減できる。
【００２７】
本明細書の水性エマルションは主成分として水を含む。水性エマルションの形成に用いられる水としては、好適な工業水、水道水、蒸留水、脱イオン水などが挙げられる。エマルション中で通常使用する水の量は、エマルションの重量に対して約６０〜約８０重量％、好ましくは約７０重量％以上である。
【００２８】
上記エマルションはまた、パラフィン系炭化水素を含む。該パラフィン系炭化水素は、水性ワックスエマルション技術分野において石膏壁板作製に有用であることが知られており、本明細書中の他のワックス成分や後述の炭化水素成分と相溶して機能するあらゆる好適なパラフィン系ワックスを用いることができる。上記パラフィン系炭化水素は、融点が約４０℃〜約８０℃の炭化水素ワックスであることが好ましく、このような特性は耐水性壁板の製造において有利であるが、配向性ストランドボードのような他の建材用途では、他のパラフィンワックスを同様に用いてもよい。上記パラフィン系炭化水素の量は、上記エマルションに対して約１０〜約２４重量％であることが好ましく、約１５〜約１８重量％であることがより好ましく、約１６〜約１８重量％であることがさらに好ましい。
【００２９】
上述のように炭化水素成分も用いられる。この成分は、炭化水素化合物又はそれから形成された樹脂（天然又は合成）である物質類の１種以上である。炭化水素化合物は好ましくは飽和又は不飽和化合物であって、場合によっては各種官能基を有していてもよく、官能基を有していなくてもよい。本明細書中の「官能性」に関しては、官能基は初めから存在していてもよく、あるいは、反応、グラフト化又はその他化学的方法によって化合物に付加されるように合成されてもよい。好適な官能基としては、カルボン酸基、硫黄含有基、メルカプト基、カルボキシ基、水酸基、フェノール基、アミン等の窒素含有基、ケトン、アルデヒド、アクリレート、脂肪族、芳香族又は脂環式アルコール、含フッ素基、及び、上述した他の基によってさらに官能化されていてもよいアルキル化、アルケニル化、アルキニル化、アリール化側鎖基又は類似の側鎖基が挙げられる。官能性は鎖中の炭素原子に付加されることが好ましいが、ニトロソ基、エステル結合、エーテル結合等のように、原子や分子が鎖や骨格に導入されてもよい。
【００３０】
上記炭化水素化合物は、骨格自体が脂肪族、脂環式又は芳香族の性質を有することが好ましく、また、融点が約２２℃〜約１１０℃、より好ましくは約６５℃〜約１１０℃であることが好ましい。
【００３１】
上記化合物は、単量体として用いることができ、二量体、三量体又は多量体としてすなわち樹脂の形態で用いてもよい。上記樹脂は天然物であっても、上記化合物から得られる合成物であってもよい。使用者が望めば、相溶性、反応性又はその他の特性を得るために上記化合物や樹脂をさらに誘導体化してもよい。上記樹脂は分子量（Ｍｗ）が約３０００以下であることが好ましく、２０００未満であることが好ましく、約５００〜約１０００であることが最も好ましい。上記化合物又は樹脂は、炭化水素成分中で用いる場合、１種類の化合物又は樹脂であってもよく、２種類以上の上記化合物及び／又は樹脂の混合物、ブレンド又は合金であってもよい。
【００３２】
これらが全体として、上記エマルションに対して好ましくは０．１〜約１０重量％の量でエマルション中に存在する炭化水素成分を形成する。しかし、所望の効果、すなわち最終のエマルションに、好ましくは、石膏壁板、配向性ストランドボード又はその他の建材において用いられる際に従来の水性ワックスエマルションと少なくとも同等であるかより優れている特性を付与し、同時に上記エマルション全体の固形分を減らして上記エマルションにより多くの水を使用する、という効果が得られるように、選択する化合物や樹脂に応じて正確な量を上下させてもよい。上述の市販されている従来の水性エマルションの一例としては、Ｈｅｎｒｙ社製のＡｑｕａｌｉｔｅ（Ｒ）７０が挙げられる。このようなエマルションやその他従来技術のエマルションは、米国特許第５，４３７，７２２号明細書等の様々な先行特許において開示されている。保持される性能として最も重要なのはエマルションの耐水性であるが、比重に加えて揺変性及びレオロジー特性が、硬化性石膏配合物やその他建築・建設用配合物において使用される従来のエマルションと同様かより優れていることも重要である。
【００３３】
上記化合物としては、芳香族石油蒸留物からなる分子量が約１０００以下、軟化点が約９０℃〜約１００℃の芳香族石油炭化水素樹脂や、それらのフェノール官能化樹脂、酸官能化樹脂、及び、エステルが挙げられる。このような市販の化合物としては、石油の水蒸気分解蒸留物からなるＮｏｖａｒｅｓ（Ｒ）樹脂各種（Ｒｕｔｇｅｒｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製、ドイツ）、脂環式炭化水素樹脂Ａｒｋｏｎ（荒川化学工業株式会社製）、及び、類似の化合物が挙げられる。さらに、Ｃ５〜Ｃ９石油留分から得られた軟化点が約７５℃〜約１０５℃の芳香族炭化水素化合物又は樹脂や、それらのフェノール変性化合物又は樹脂、酸変性化合物又は樹脂、及び、エステルを用いてもよい。市販の化合物としては、商品名Ｈｉｋｏｔａｃｋ（Ｒ）Ｐ−９０（Ｋｏｌｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社製、韓国）、Ｎｏｒｓｏｌｅｎｅ（Ｒ）Ｍ１０９０及びＷｉｎｇｔａｃｋ（Ｒ）８６（いずれもＣｒａｙ  Ｖａｌｌｅｙ社製、フランス）、Ｅｓｃｏｒｅｚ（Ｒ）２１０１、及び、メチルスチレン化フェノールＮｏｖａｒｅｓ等の類似の化合物を入手できる。
【００３４】
他に炭化水素成分に用いることのできる樹脂としては、商品名Ｓｙｌｖａｔａｃ（Ｒ）（Ａｒｉｚｏｎａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）等のテルペン樹脂及びテルペンフェノール樹脂や、Ｎｏｖａｒｅｓ（Ｒ）（Ｒｕｔｇｅｒｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製）、Ｓｙｌｖａｌｉｔｅ（Ｒ）（Ａｒｉｚｏｎａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）等のロジン、ロジンエステル、ペンタエリスリトール含有ロジン、ペンタエリスリトール含有ロジンエステル、酸変性ロジン、酸変性樹脂、ペンタエリスリトール含有樹脂エステル等が挙げられる。炭化水素成分はまた、商品名Ａｒｋｏｎ（荒川化学工業株式会社製）やＳｔｒｕｋｔｏｌ社製のもの等の軟化点が約９５℃〜約１０５℃の脂肪族及び脂環式炭化水素樹脂を含んでいてもよい。また、軟化点が約２０℃〜約１００℃のクマロンインデン樹脂を用いてもよい。そのような樹脂の例としては、商品名Ｎｏｖａｒｅｓ（Ｒ）（Ｒｕｔｇｅｒｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製）が挙げられる。また、Ｎｏｖａｒｅｓ（Ｒ）Ｈ−１１００（Ｒｕｔｇｅｒｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社製）として入手可能である液状ジイソプロピルナフタレンエステル等のアルキル、アルケニル、アルキニル又はアリール官能化ナフタレンエステルの他、フェノール、テルペン、インデン、ナフサ、ナフタレン、及び、それらのアルキル、アルケニル、アルキニル又はアリール官能化化合物の群より選択される他の各種脂環式化合物を上記炭化水素成分に使用してもよい。
【００３５】
上記炭化水素成分は、建材分野用の市販の水性ワックスエマルションに添加してもよいが、そのような組成物に通常用いられるパラフィン系炭化水素の一部の代替物として、本明細書に記載の方法で製造中にエマルションに添加することが好ましい。他のワックスを上記エマルションに用いる際はベースのパラフィン系炭化水素１００重量部を基準とするが、本明細書のエマルションへのワックス成分の混合は、エマルション中のパラフィン系炭化水素と同パラフィン系炭化水素の一部の代替物である炭化水素成分との合計重量１００重量部を基準とする。炭化水素成分のパラフィン系炭化水素に対する比は、好ましくは約０．００４：１〜約２：１、より好ましくは約０．０２：１〜約１：１、最も好ましくは約０．０５〜約０．４：１である。
【００３６】
本明細書のエマルションはさらにモンタンワックス成分を含む。モンタンワックス成分は、上述したように、モンタンワックスのみを含んでいてもよく、あるいは、当分野で既知のモンタンワックス代替品であってもよく、また、モンタンワックスと当分野で既知のモンタンワックス代替品とを組み合わせたものであってもよい。モンタンワックス成分の量は、上述のパラフィン系炭化水素と炭化水素成分の合計重量１００重量部に対して約１〜約２００重量部であることが好ましく、約１〜約５０重量部であることがより好ましい。また、上記エマルションの約２〜約５重量％であることが好ましい。
【００３７】
上記モンタンワックス成分には、亜炭ワックスであって、鎖長が炭素数約２４〜３０の長鎖アルキル酸及びアルキルエステルからなる化学成分を含むモンタンワックスが含まれていてもよい。天然モンタンは、樹脂酸、ポリテルペン、いくらかのアルコール、ケトン及び他の炭化水素を含むため、「純粋」なワックスではない。モンタンは鹸化性ワックスであり、その鹸化価は約９２であり、融点は約８０℃である。上記エマルションのモンタンワックス成分は、モンタンワックスの代わりに好適なモンタンワックス代替品を含んでもよく、あるいは、モンタンワックスとワックス代替品を組み合わせたものを含んでいてもよい。
【００３８】
好適な代替品の例としては、本明細書に関連部分を参照として引用する米国特許出願公開第２０１０／０１１６４０６号明細書（出願番号１２／６１４，９８４）に記載されているものが挙げられ、上記文献には合成ノルマルα−オレフィンワックス；炭素鎖長が炭素原子数約２０以上で、酸化、及び／又は、蒸留若しくはストリッピングによる精製によって改質された合成オレフィンワックス；並びに、それらの組み合わせの使用が記載されている。モンタンワックス成分中で用いられるその他の合成モンタン代替品としては、天然カルナバワックス、パームワックス、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス、酸化ポリエチレンワックス、アルケン重合体及びその誘導体、シロキサン（触媒添加剤やその他の添加剤を含んでいても、いなくてもよい。米国特許出願公開第２００６／００３５１１２号明細書等に記載のように、耐水性石膏壁板製造用の耐水性ワックス配合物の代替品として用いられることが知られている）、漂白モンタン、精製モンタン、蜜ろう、コリホニウム樹脂、合成カルナバワックス等が挙げられる。これらは、それぞれ単独の成分として用いてもよく、モンタンワックス及び／又は別の代替品との各種ブレンドとして用いてもよい。
【００３９】
本明細書の水性ワックスエマルションの好ましい実施形態においては、上記エマルションには安定化剤が用いられる。安定化剤は、ポリビニルアルコール又は類似の原料であることが好ましく、ポリ酢酸ビニルを加水分解して得られるポリビニルアルコールであることが好ましい。このポリビニルアルコールは実質的に全て又は完全に加水分解されていることが好ましい。約９０％以上加水分解されたポリビニルアルコールであることが最も好ましく、９７％〜１００％加水分解されたポリビニルアルコールであることがさらに好ましい。約６０℃〜約９５℃の高温水に可溶であるが、冷水には不溶であるポリビニルアルコールを使用することが最も好ましい。ポリビニルアルコールの量は、パラフィン系炭化水素と炭化水素成分の合計重量１００重量部に対して約１〜約５０重量部であってもよく、好ましくは約１〜約２０重量部である。ポリビニルアルコールもまた耐水性を高めることができる。このようなポリビニルアルコールやその他の安定化剤の使用量は、上記エマルションの約０．１〜約１０重量％であることが好ましい。
【００４０】
場合によっては乳化剤を用いてもよい。本発明のエマルションに用いる好適な乳化剤としては、アルキルフェノキシポリ（エチレンオキシ）エタノール、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等の非イオン性界面活性剤や、鹸化脂肪酸等のアニオン性界面活性剤が挙げられる。乳化剤を使用する場合、その量は上記エマルションに対して約０．１〜約５重量％であってよく、好ましくは約１〜５重量％である。他の公知の乳化剤や、ワックスエマルションに有用であり、配合物に悪影響を及ぼさない今後開発される乳化剤を用いてもよい。
【００４１】
本明細書中の一実施形態における水性ワックスエマルションにおいて、鹸化剤もまた有用である。鹸化剤の例としてはアルカリ金属が挙げられ、好ましくは、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、硫酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、及び、類似の物質が挙げられる。水酸化カリウムが最も好ましい。鹸化剤の量は、上記エマルションに対して約５重量％以下であってもよく、好ましくは約２重量％以下、最も好ましくは約０．０１〜約１重量％である。ワックスエマルションに有用であると知られている他の公知又は今後開発される鹸化剤も同様に用いることができる。
【００４２】
本明細書に記載の水性ワックスエマルションの好ましい実施形態においては、当分野において既知の分散剤及び／又は界面活性剤を用いてもよい。好ましい分散剤としては、スルホン酸（Ｒ−Ｓ（＝Ｏ）２−ＯＨ）等の硫黄又は硫黄含有基を含む化合物及びその塩が挙げられるが、これらに限定されない。上記式中、Ｒ基は水酸基、カルボキシ基又はその他有用な結合基によって別途官能化されていてもよい。高分子量スルホン酸化合物が好ましく、その例としてはリグノスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、それらのスルホン酸塩、及び、それらの物質を誘導体化又は官能化したものが挙げられる。また、当分野で既知の他のワックスエマルション用分散剤、例えば、硫酸マグネシウム；ヘプタモリブデン酸アンモニウムとデンプンを組み合わせたもの；非イオン性界面活性剤、イオン性界面活性剤、双性イオン性界面活性剤、及び、それらの混合物；アルキル４級アンモニウムモンモリロナイトクレー、並びに、その他公知の分散剤を用いてもよい。また、配合成分との相溶性を有し、配合成分とともに良好に機能するならば、類似の物質を本明細書中で用いることもできる。分散剤及び／又は界面活性剤の量は、上記ワックスエマルションに対して約０．０１〜約２重量％、好ましくは約０．１〜約２重量％であることが好ましい。
【００４３】
水性ワックスエマルションの製造方法もまた本明細書に記載される。好ましくは、上述の炭化水素成分と上述のパラフィン系炭化水素を混合して、第一の混合エマルション成分を形成する。この工程は、溶融状態まで加熱してから混合することで行うことができる。次に、このエマルション成分を上述のモンタンワックス成分と混合して、第二の混合エマルション成分を形成する。その後、この第二の混合エマルション成分を当分野で公知又は今後開発される好適な乳化法を用いて乳化する。次に、安定化剤やその他の成分を用いる場合には、本発明の水性ワックスエマルションに用いられる上述の乳化剤、任意の他の安定化剤及びその他成分を含むポリビニルアルコールの高温水溶液を上記高温混合ワックスとともにコロイドミルに通過させてもよい。このようにして得られたエマルションを冷却する。
【００４４】
あるいは、ホモジナイザーをコロイドミルの代わりに使用してもよい。このようなホモジナイザーは、乳や他の製品を均質化するのに使用される装置と同じ一般的なタイプの装置であってもよい。このような方法においては、ワックス成分と乳化成分の混合物を高圧下（典型的には約１５００ｐｓｉ〜約３５００ｐｓｉ）、供給して、ワックスを乳化し、コロイドミルを使用して通常得られる粒径よりも小さい粒径とする。当分野で公知又は今後開発される他の製造方法、他の装置タイプ及び他のエマルション製造手順を使用できることは、上記開示によって当業者に理解されるであろう。本発明のエマルションは、エマルションの乳化された成分が貯蔵時に分離した場合、撹拌によって容易に再形成することもできる。
【００４５】
水を含む石膏スラリーと上記水性ワックスエマルションとを含む硬化性石膏組成物もまた本明細書に記載される。上記エマルションは、上記組成物中において、石膏１００重量部に対してワックスエマルション固形分が約０．５〜約２０重量部となるように添加されることが好ましい。上記石膏組成物は、上述の分散剤（リグノスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、これらの組み合わせ等）を含んでいてもよく、分散剤は上記エマルション及び／又は石膏スラリーに添加してもよい。また、本出願の譲受人により出願された同時係属中の出願に記載の各種補強剤及び／又は湿潤剤を任意成分として上記スラリーに加えてもよい。したがって、石膏配合物は少なくとも、ラテックス又はエマルション形態の酢酸ビニル／エチレン共重合体を含む第一の補強剤と、湿潤剤及び／又は界面活性剤、チタンカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤、並びに、上記湿潤剤、界面活性剤、及び、チタン及び／又はジルコニウムカップリング剤の混合物及び組み合わせのうち１種以上である第二の添加剤とを含んでいてもよい。第一及び第二の添加剤を併用すれば、石膏製品、例えば石膏壁板において、石膏配合物の強度が向上し、かつ、石膏コア内のカルシウム系成分の接着性が高まるため、壁板の厚さ方向全体の強度を向上させることができる。
【００４６】
上記添加剤を使用する場合、約０．００１：１００〜約１０．０：１００の重量比で石膏スラリーに加えてもよい。上記石膏スラリーは、本明細書に記載の水性ワックスエマルションの使用に応じて形成されるいかなる石膏スラリーでもよい。石膏コアの形成に通常用いられる、硫酸カルシウム半水化物と水の標準的なスラリーを用いてもよい。この場合、硫酸カルシウム半水化物がスラリー中の水と反応して硫酸カルシウム二水和物結晶のインターロッキングマトリクスを形成することができ、それにより硬化して堅固な石膏ボードを形成できる。また、この場合、本明細書の水性ワックスエマルションは上記スラリー中に含まれる。スラリーには通常、硬化水和反応に必要な量に対して過剰量の水が添加される。これは、石膏ボードが適切な幅と厚さになるようにスラリー混合装置から排出される流動性を確保するためにある程度の水が添加されるためである。
【００４７】
本明細書において強度とコア接着性を得るために使用できる第一の添加剤は、各種酢酸ビニルラテックス又はエマルション重合体及び共重合体のいずれであってもよい。例としては、アルキルビニルアセテート及びアルキレンビニルアセテートラテックス又はエマルション重合体及び共重合体が挙げられ、より好ましくはラテックス又はエマルション形態のエチルビニルアセテート又はエチレン酢酸ビニル共重合体である。コア石膏スラリーの基礎強度と接着力を高めることのできる類似のラテックス又はエマルション形態のビニル系重合体又は共重合体を用いてもよい。その他好適な補強剤の例としては、酢酸ビニル／アクリレート共重合体や、アルキル又はアルキレンビニルアセテート／アクリレート共重合体が挙げられる。こうした重合体は、スラリーに浸透しやすくスラリーへの接着性が高くなるよう、ラテックス又はエマルションの形態で用いることが好ましい。また共重合体は、重合体の補強機能や相溶性を高めることのできる基によって官能化されていてもよく、この場合、官能基は一次又は二次ポリマー鎖から出ていてもよい。そのような官能基の例としては、リン含有基、カリウム含有基、硫黄含有基若しくはカルシウム含有基及び／又は塩；臭素、ヨウ素、フッ素等のハロゲン；ハロゲン化アルキル又はアルキレン基；金属又は半金属のイオン又は錯体；並びに、芳香族又はアリール官能化基が挙げられる。
【００４８】
市販の好適なエチレン酢酸ビニル共重合体としては、ＴｕｆＣＯＲ（Ｒ）３６１０、Ｄｕｒ−Ｏ−Ｓｅｔ（Ｒ）３６１０、Ｄｕｒ−Ｏ−Ｓｅｔ（Ｒ）１３７Ａ及びＭｏｗｉｌｉｔｈ（Ｒ）１３７Ａ（Ｃｅｌａｎｅｓｅ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社製）を入手できる。その他好適な共重合体としては、Ｖｉｎｎａｐａｓ（Ｒ）の商品名で販売されている（ビニルアルコール）安定化酢酸ビニル／エチレン共重合体分散液（Ｖｉｎｎａｐａｓ（Ｒ）３２３、Ｖｉｎｎａｐａｓ（Ｒ）４００、Ｖｉｎｎａｐａｓ（Ｒ）４００Ｈ、Ｖｉｎｎａｐａｓ（Ｒ）ＥＦ８１１、Ｖｉｎｎａｐａｓ（Ｒ）１９２、Ｖｉｎｎａｐａｓ（Ｒ）４００等、Ｗａｃｋｅｒ  Ｃｈｅｍｉｅ社製、ドイツ）、Ｅｌｖａｃｅ（Ｒ）ＣＰＳの商品名で販売されている酢酸ビニル／エチレン共重合体エマルション（ＣＰＳ１３７Ａ、ＣＰＳ７８６等、Ｆｏｒｂｏ社製、スイス）、Ｓｙｎｔｈｅｍｕｌ（Ｒ）ＨＳ２００の商品名で販売されているＶＡＥ（Ｒｅｉｃｈｈｏｌｄ社製、ノースカロライナ、アメリカ）、ＣＰ−Ｐｏｌｙｍｅｒ（Ｒ）（ＣＰ１２１０  Ｔ３０、クラレ社製）、及び、ＡｉｒＦｌｅｘ（Ｒ）ＥＮ１１６５（ＡｉｒＰｒｏｄｕｃｔｓ社製）を入手できる。
【００４９】
上記組成物はまた、単独で、あるいは、有機ジルコニウム化合物及び／又は有機チタン化合物と組み合わせて用いられる湿潤剤及び／又は界面活性剤であってもよい第二の添加剤を含む。
【００５０】
使用できる湿潤剤及び／又は界面活性剤は、ＨＬＢが約３〜１６の物質であることが好ましい。そのような湿潤剤及び／又は界面活性剤の例としては、脂肪族アルコール、エトキシ化アルコール、植物油エトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、一塩基エステル、シリコーンポリエーテル、アルキル化又はアルケニル化ピロリドン系化合物、アスファルテン分散剤、アセチレンジオール、エチレンオキシド／ポリエチレンオキシドブロック共重合体、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールエステル、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホネート、ナトリウム塩、カリウム塩、アミン塩、アルキル化ジフェニルオキシドジスルホン酸ナトリウム、アミンオキシド、アミンエトキシレート、アルカノールアミド、芳香族スルホン酸ナトリウム及びアンモニウム、硫酸アルコール、硫酸アルコールエーテル、エトキシ化アルコールリン酸エステル、エトキシ化アルコール硫酸エステル、アルキルスルホン酸ナトリウム、アルファスルホメチルエステルナトリウム塩、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、及び、含フッ素脂肪族界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されない。
【００５１】
上記湿潤剤及び／又は界面活性剤は、独立して用いてもよく、複数の物質を混合して用いてもよい。上記物質はカチオン性、アニオン性又は双性イオン性であってもよいが、硬度が高くイオン性が高い水と共に用いる場合や、いくつかのアニオン性界面活性剤が引き起こし得る過剰な発泡を避けるためにはカチオン性物質が好ましい。発泡の点から、中性に近い湿潤剤及び／又は界面活性剤ほど好ましい。ある程度の発泡も必要であるが、壁板の特性に悪影響を及ぼす可能性があるため、過剰な発泡は避けることが好ましい。
【００５２】
上述のシリコーンポリエーテルとしては、例えば次に挙げるもの（Ｓｉｌｔｅｃ社より市販）のいずれかを使用してもよい。シリコーンポリエーテル（商品名Ｓｉｌｓｕｒｆ（Ｒ）として入手可能）、リン酸シリコーンポリエーテルエーテル（商品名Ｓｉｌｐｈｏｓ（Ｒ）として入手可能）、シリコーンポリエーテル四級化合物（商品名Ｓｉｌｑｕａｔ（Ｒ）として入手可能）、シリコーンポリエーテルアルキルポリエーテル（商品名Ｓｉｌｕｂｅ（Ｒ）として入手可能）、シリコーン消泡剤（商品名Ｓｉｌｔｅｃｈ（Ｒ）として入手可能）、フッ素化シリコーン（商品名Ｆｌｕｏｒｏｓｉｌ（Ｒ）として入手可能）、シリコーンプレポリマー（商品名Ｓｉｌｍｅｒ（Ｒ）として入手可能）。その他、他社の類似の化合物を使用してもよい。例えば、上記添加剤は次に挙げるもの（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社より市販）のいずれかであってもよい。シリコーン共重合体／ポリアルキレンオキシドブレンド、ポリアルキレンオキシド変性ポリジメチルシロキサン（商品名Ｓｉｌｗｅｔ（Ｒ）（Ｈｙｄｒｏｓｔａｂｌｅ（Ｒ）含む）として入手可能）。上記添加剤はまた、別の変性ポリシロキサン（商品名Ｓｉｌｂｙｋ（Ｒ）製品（Ｂｙｋ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  ａｎｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社より市販）として入手可能）であってもよい。
【００５３】
ピロリドン系化合物を湿潤剤として用いる場合、アルキル又はアルケニル基がその骨格に好ましくは分子の１位（Ｎ位）において結合しているものを用いることが好ましい。そのような化合物としては、１−オクチル−２−ピロリドン（商品名Ｓｕｒｆａｄｏｎｅ（Ｒ）ＬＰ１００としてＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（ＩＳＰ）社より入手可能）、１−ビニル−２−ピロリドンが挙げられ、最も好ましくは１−ドデシル−２−ピロリドン（商品名Ｓｕｒｆａｄｏｎｅ（Ｒ）ＬＰ３００として同じくＩＳＰ社から入手可能、Ｎ−ドデシル−２−ピロリドンとしても知られる）である。その他の例としては、そのようなピロリドン系化合物についての関連部分を本明細書に参照として引用する米国特許第７，２６４，８８５号明細書中に記載のものが挙げられる。
【００５４】
上記実施形態においてエトキシ化アルコール化合物を用いる場合、エチレンオキシド含有量及び／又はアルキル鎖長のいずれかの範囲から選択されることが好ましい。アルコール成分は鎖長が炭素原子数約８〜約１８であることが好ましく、エチレンオキシド含有量が約１〜約５０モル％であることが好ましい。アルコール鎖長が炭素数約１２〜約１３の１モル％エチレンオキシド等を選択すればよい（Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社から市販されている商品名Ｔｏｍａｄｏｌ（Ｒ）２３−１）。別の化合物としては、アルコール鎖長が炭素原子数約１４〜１５の１３モル％エチレンオキシド（商品名Ｔｏｍａｄｏｌ（Ｒ）４５−１３として同じくＡｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社から入手可能）が挙げられる。なお、上記１モルの例は親水性親油性バランス（ＨＬＢ）が３．７であり、上記１３モルの例はＨＬＢ値が１４．４である。
【００５５】
使用できる湿潤剤としてさらにアセチレンジオール（例えば、商品名Ｓｕｒｆｙｎｏｌ（Ｒ）１０４としてＡｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社から入手可能）等が挙げられる。このような化合物は強力な消泡剤でもあるため、軽量化のために意図的に石膏壁板に発生させた気泡を合一させることによって消泡剤が石膏壁板製造工程に深刻な問題を引き起こす場合があることを認識した上で用いるべきである。上記気泡同士が合一すると、製造中に壁板表面にふくれが生じることがあり、さらには、紙等のスクリムが石膏コアから剥離してしまうこともある。
【００５６】
上記実施形態において第二の添加剤として単独あるいは上記湿潤剤及び／又は界面活性剤と共に用いられる有機ジルコニウム又は有機チタン化合物は、次のうちのいずれかであってもよい。上記実施形態における有機ジルコニウム又は有機チタン化合物添加剤は、次のうちのいずれかであってもよい。
・チタンＩＶ２，２（ビス−２−プロぺノラトメチル）ブタノラト，トリス−ネオデカナト−Ｏ；
・チタンＩＶ２，２（ビス−２−プロぺノラトメチル）ブタノラト；
・トリス（ドデシル）ベンゼンスルホナト−Ｏ；チタンＩＶ２，２（ビス−２−プロぺノラトメチル）ブタノラト，トリス（ジオクチル）ピロフォスフェート−Ｏ；
・チタンＩＶ２−プロペノラトメチル，トリス−イソオクタデカノアト−Ｏ；乳酸ジルコニウムナトリウム；
・トリエタノールアミンチタン錯体；
・リン酸チタン錯体；
・チタン酸アルカノールアミン；及び、
・チタンキレート、又は、それらの組み合わせ。
【００５７】
他の実施形態において上記添加剤は以下の式で表される。
【００５８】
【化１】
2014511332.tif 000002
【００５９】
式中、Ｒ１は、炭素数約５〜約３０の直鎖又は分枝鎖の置換又は非置換アルキル、アルケニル、アラルキル又はアルケニル基であって、０〜約１０の酸素原子を有し、Ｒ２は、Ｒ１と同一又は異なっていてもよく、ｍ及びｎは整数であり、それぞれ１以上４以下である。さらに別の好ましい実施形態において、Ｒ１は炭素数約５〜約１２の分枝鎖アルケニルオキシ基であり、Ｒ２はＲ１と異なって炭素数約１０〜約１５の直鎖アルキル基であり、ｍは１、ｎは３である。さらに別の好ましい実施形態において、上記添加剤は以下の式で表される。
【００６０】
【化２】
2014511332.tif 000003
【００６１】
第一の添加剤は、上述の特性を有する添加剤を混合したものであってもよい。第二の添加剤もまた、界面活性剤及び／又は湿潤剤及び／又は有機チタン化合物及び／又は有機ジルコニウム化合物の組み合わせであってもよい。第一及び第二の添加剤は、分散剤の場合と同様に、本明細書に記載のスラリーに直接加えてもよく、それら添加剤成分をまず本明細書のワックスエマルションに混合して上記スラリーに加えてもよい。
【００６２】
したがって、補強剤及び場合によっては上記分散剤及び／又は湿潤剤及び／又は界面活性剤は、それら添加剤をワックスエマルションに配合してから、そのワックスエマルションを石膏スラリーに配合するか、あるいは、いくつかの成分はスラリーに配合し、いくつかはワックスエマルションを介してスラリーに配合することによって、上記組成物に加えてもよい。
【００６３】
本発明のワックスエマルションを用いて本明細書の硬化性石膏組成物を提供する他の一実施形態において、同組成物は、スラリーに対して約３５〜約８０重量％、好ましくは約５０〜約６５重量％の水と、約０．１〜約２０重量％の本明細書に記載のワックスエマルションを含む。この場合、同組成物はまた、約０．００１〜約１０重量％、好ましくは約０．０１〜約２重量％の任意成分である第一の添加剤と、約０．００１〜約１０重量％の任意成分である第二の添加剤を含んでもよく、好ましくは約０．００１〜約２重量％の第一の添加剤を含んでもよい。本明細書の硬化性石膏組成物には、その他任意の材料を好ましくは本明細書に記載の量（最終組成物に応じて特性のばらつきは生じ得る）で用いてもよい。
【００６４】
以下に、上述のエマルションを含み、第一及び第二の添加剤及び場合によってはその他任意の上述の添加剤を含んでいても含んでいなくてもよい本明細書の硬化性石膏配合物について述べる。本明細書の成分を用いて石膏壁板を作製する場合、石膏原料の水性スラリーを当分野で公知又は今後開発される好適な方法で作製する。本発明の一実施形態では、その後、本発明における水性エマルション、上記エマルション中の各成分及び任意の添加剤を上記スラリーに添加し、石膏１００重量部に対して固形分が約０．５〜約２０重量部となる比率で混合する。あるいは、石膏スラリーを形成し、強度及びレオロジー特性向上用の第一及び第二の添加剤、及び／又は、任意の分散剤、湿潤剤及び／又は界面活性剤、及び、その他所望の成分を、他の成分と先に混合せずに直接上記石膏スラリーに加えてもよい。
【００６５】
ベースとなる上記石膏組成物は、石膏製造分野における従来の石膏配合条件に応じて異なっていてもよい。上記スラリーは、発泡剤、他の分散剤、硬化促進剤等の他の材料を含んでいてもよい。また、上述の任意の第一及び第二の添加剤を含むエマルションを用いた硬化性石膏スラリー配合物の好ましい実施形態においては、上記補強剤と上記スラリー中の石膏の比が約０．００１：１００〜約１０．０：１００であることが好ましく、より好ましくは約０．０１：１００〜約２．０：１００、最も好ましくは約０．１：１００〜約１．０：１００である。上記範囲内にあることは必須ではないが、有益な強度性能が求められる場合、その獲得に寄与する。
【００６６】
上記硬化性石膏配合物から壁板を作製する際、石膏スラリーと本発明の各実施形態のエマルションの混合物を壁板ライナーの第一のシートに塗布して、石膏混合物の層を形成することができる。次いで、ライナーの第二のシートを上記堆積層の上に配置することで、第一及び第二のシートが対向し向かい合った関係にあり、その間に石膏混合物の層を有する壁板アセンブリ又は構造体を形成することができる。あるいは、プレス−イン−プレイス（ｐｒｅｓｓ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ）成形や類似の技術などの製造方法を用いて、石膏スラリーを直接ライナーのない壁板構造体に作製してもよく、したがって、本明細書の石膏壁板とは、ライナーで覆われた壁板に限定されない。しかしながら、例えば外面に標準ライナーの代わりにガラスマットを用いて製造される壁板など、硬化性石膏配合物を含む壁板を作るためのあらゆる製造技術が本明細書に記載の本発明の範囲内であることを理解すべきである。
【００６７】
次いで、得られた構造体又はアセンブリをオーブン乾燥などによって乾燥させて、石膏の水和に不要である余分な水を除去して、石膏壁板を完成させることができる。ライナーを使用する場合、ライナーは紙で形成することができ、あるいは、繊維ガラス又は有機繊維マットを含むこともできる。本発明の組成物を使用すること、及び／又は、乾燥時間及び／又は熱が削減しやすくなるように任意の第一及び第二の添加剤及び分散剤をスラリーへ加えることは本発明に含まれ、これらは、強度向上に加え上記石膏壁板製造中のエネルギー節約にも寄与し得る。耐水性石膏壁板の形成においては、本明細書の水性ワックスエマルションを使用して、スラリー特性、レオロジー特性、耐水性を維持しつつ、旧来の耐水性ワックスエマルションに代わる低固形分エマルションとすることができる。本方法はまた、本明細書のワックス系配合物を耐水性石膏壁板に用いる限り改善をもたらすものである。
【００６８】
次に、本発明を、以下の実施例を参照しながら説明する。但し本発明はこの実施例に限定されない。
【実施例１】
【００６９】
本実施例では、本発明に従ってエマルションを形成し、そのエマルションを用いて、実験に適したサイズの石膏ボードを試験用に作製した。水等のすべての液体を添加し、ワックスエマルションとその他の添加剤をＷａｒｉｎｇ（Ｒ）工業用調理ミキサーに入れた。次いで、漆喰をデンプン及び促進剤（ＢＭＡ：ボールミル促進剤）と混合した。上記漆喰を上記液体に約１０秒間浸してから、ミキサーを中速度で約１５秒間使用した。得られたスラリーを、紙をひいた型に注ぎ、１２”×１２”の初期硬化物を形成した。ビカット（Ｖｉｃａｔ）硬化時間の２倍で、ボード中心部から６”×６”のサンプルを採取し、１７６℃に設定したオーブンに入れた。１８分後、ボードを裏返し、さらに１８分間乾燥させた。その後、ボードを４３℃で２４時間乾燥させた。室温まで冷却してから、ボードを切断して試験を実施した。
【００７０】
上記６”×６”ボードの吸水率を測定した。市販のエマルション：Ａｑｕａｌｉｔｅ（Ｒ）７０を基準とした対照サンプルを試験して、エマルション粘度（ｃＰｓ）、２４時間の上記吸水率（ＡＢＳ％）、エマルション安定度、固形分、ｐＨ及び色に基づいて性能を評価した。また、比較対照サンプルとして、パラフィンワックス使用量が少なく、水分が多く、炭化水素成分を添加しないものを作製した。上記対照サンプルと比較対照サンプルを４つの本発明の実施例Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤと比較する。上記サンプルにおいては、使用した各種炭化水素成分が特定されている。使用した石膏の種類は、適用規格ＡＳＴＭ  Ｃ８３０及びＧＡ２１６を満たすＡＳＴＭ  Ｃ１９３６に準拠して製造された標準壁板である。デンプンは、Ｔａｔｅ＆Ｌｙｌｅ社の市販デンプンである工業用変性デンプン壁板バインダー（Ｗａｌｌｂｏａｒｄ  Ｂｉｎｄｅｒ，Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｔａｒｃｈ−Ｍｏｄｉｆｉｅｄ）を使用した。スラリー中で使用した石鹸は、追加の界面活性剤（石鹸）（Ｃｅｄｅｐａｌ（Ｒ）ＦＡ−４０６、Ｓｔｅｐａｎ社製）の水との５％混合液である。結果を下記表１に示す。
【００７１】
【表１】
2014511332.tif 000004
【００７２】
その広範な発明概念から逸脱することなく、上記実施形態に変更を加えることができることは当業者に認識されるであろう。したがって、本発明は、開示される特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨及び範囲内の改変形態を含むことを意図したものであると理解される。
【国際調査報告】
2014511332.tif 000005