(57)【要約】【課題】防火性を改善するために膨張する石膏パネル上に使用できる耐火性の層を有し、多量の通常の膨張する材料を要しない改善された耐火性を有する石膏パネルの提供。【解決手段】石膏および高温度収縮抵抗性材料を含み、少なくとも２つの相対する面と２つの相対する端を有するパネルへ形成される芯；該面の１つ以上、該端の１つ以上およびこれらの組み合わせからなる群の少なくとも一部を覆い、該芯より高い密度を有する石膏マトリックスおよび第１の膨張する材料を含む膨張する層；および該膨張可能な層の少なくとも一部を覆う表面仕上げ材料からなる多層石膏パネル。【選択図】図１
2010505674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石膏および高温度収縮抵抗性材料を含み、少なくとも２つの相対する面と２つの相対する端を有するパネルへ形成される芯；
該面の１つ以上、該端の１つ以上およびこれらの組み合わせからなる群の少なくとも一部を覆い、該芯より高い密度を有する石膏マトリックスおよび第１の膨張する材料を含む膨張する層；および
該膨張可能な層の少なくとも一部を覆う表面仕上げ材料
からなることを特徴とする多層石膏パネル。
【請求項２】
該高温度収縮抵抗性材料が、ガラスファイバー、フュームシリカ、珪藻土および粘土からなる群の少なくとも１つである請求項１のパネル。
【請求項３】
該第１の膨張する材料が、硫酸カルシウム硬石膏ＩＩ、バーミキュライト、珪灰石、グラファイトおよび雲母からなる群の少なくとも１つを含む請求項１のパネル。
【請求項４】
該膨張する層が、該面の１つの実質的にすべてを覆う請求項１のパネル。
【請求項５】
該膨張する層が、該端の実質的にすべてを覆う請求項１のパネル。
【請求項６】
該膨張する層が、該端の実質的にすべてを覆う請求項４のパネル。
【請求項７】
該表面仕上げ材料が、該面の少なくとも１つおよび該相対する端の両方を覆う請求項１のパネル。
【請求項８】
第２の膨張する材料を含み、該端の１つの少なくとも一部の上および該表面仕上げ材料と該膨張可能な層との間に配置されている端部コーティングをさらに含む請求項７のパネル。
【請求項９】
厚さ５／８インチ（約１．６ｃｍ）で約１８００−約２６００Ｌｂ／１０００ｆｔ２（約８．７８−１２．７ｋｇ／ｍ２）の合計密度を有する請求項１のパネル。
【請求項１０】
該芯が、該膨張可能な層よりも大きな全空所容量を有する請求項１のパネル。
【請求項１１】
該芯が、該第１の膨張する材料を本質的に含まない請求項１のパネル。
【請求項１２】
該芯が、０．２重量％より少ない可溶性塩を含む請求項１のパネル。
【請求項１３】
硫酸カルシウム半水和物、高温度収縮抵抗性材料および水を含む石膏スラリーを製造し；
石膏スラリーを少なくとも一次石膏スラリーおよび二次石膏スラリーに分割し；
膨張する材料を二次石膏スラリーへ添加して膨張可能な層のスラリーを製造し；
石膏芯を一次石膏スラリーから形成し；および
膨張可能な層のスラリーを表面仕上げ材料の少なくとも一部の上に延展する
ことを特徴とする多層パネルを連続して形成する方法。
【請求項１４】
該分割工程後発泡体を一次石膏スラリーへ加えることをさらに含む請求項１３の方法。
【請求項１５】
該延展工程前に端部コーティングを該表面仕上げ材料の内側へ付着させることをさらに含む請求項１３の方法。
【請求項１６】
第１の量の硫酸カルシウム半水和物、第１の収縮抵抗性材料および水を含む膨張する材料のない一次スラリーを製造し；
第２の量の硫酸カルシウム半水和物、第２の収縮抵抗性材料および膨張する材料を含む二次スラリーを製造し；
一次スラリーを第１の表面仕上げ材料の上に注ぎ；および
二次スラリーを一次スラリーの上に注ぐ
ことを特徴とする石膏パネルを製造する方法。
【請求項１７】
第１の収縮抵抗性材料が第２の収縮抵抗性材料と同じである請求項１６の方法。
【請求項１８】
第２の表面仕上げ材料を二次スラリーに隣接して配置することをさらに含む請求項１６の方法。
【請求項１９】
第２の表面仕上げ材料が第１の表面仕上げ材料と同じである請求項１８の方法。
【請求項２０】
該第２の注入工程が二次スラリーにより少なくとも１つの面および少なくとも１つの端を覆うことからなる請求項１６の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石膏パネル製品およびそれをつくる方法に関する。より詳細には、本発明は、膨張する表面層を使用して改善された耐火性を有する石膏パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
石膏パネルは、長年使用されてきた周知の建築用製品である。それらは、主として内壁および天井の製品として使用されているが、またある程度まで外部の製品として使用されている。硫酸カルシウム半水和物および水を含むスラリーは、芯を形成するのに使用され、そして連続的にミキサーの下を移動する紙カバーシート上に付着される。第２の紙カバーシートが、その上に適用されそして得られたアセンブリは、パネルの形状に形成される。硫酸カルシウム半水和物または化粧しっくい（スタッコ）は、十分な水と反応して半水和物化粧しっくいを、連結した硫酸カルシウム２水和物の結晶のマトリックスに転換し、それを硬化し強固なものにする。このようにして形成された連続する条片は、焼成石膏が硬化するまでベルト上で運ばれ、そして条片を次に切断して望ましい長さのボードに形成し、そのボードは、乾燥キルンに運ばれて過剰の水分を除く。
【０００３】
２水和物中の化学的に結合した水は、石膏パネルの防火性に働く。熱または火に曝されたとき、２水和物は半水和物に、または硬石膏の形にまで転換する。水和の過剰な水は、水蒸気の形で追い出される。水蒸気が離れるとき、火からの熱エネルギーが脱水反応の生成および水の蒸発に使用されるので、パネルを通る熱の透過は低下する。厚い石膏パネルは、熱がパネルの厚さ全体へ浸透してすべての結晶水を追い出すには長い時間を要するため、薄いものより耐火性を上げる。
【０００４】
結晶水の損失は、通常、石膏を収縮させる。結晶水の多くは失われそして本来のしっかりと固定された連結した石膏のマトリックスが緩むために、石膏製品は、また燃焼により、非常に脆くなりがちでありそしてその強さおよび一体性を失う。大きな裂け目が、収縮のために石膏パネルに形成される。収縮は、また端で結合しているパネル間の開口を広げる。端の結合の拡大、大きな裂け目および他の開口は、壁を通る熱および熱いガスの透過を促進し、そしてまた石膏パネルの後にある木材の間柱へ火が到達して、火勢を強める。
【０００５】
石膏芯への或るファイバー、鉱石および／または無機の粒子の導入は、石膏パネルの耐火性を改善することが知られている。パネルの強さおよび一体性を維持するためのガラスファイバーの使用は、特許文献１に教示されている。この特許文献は、また収縮を低下させるために、芯のスラリーへの硫酸カルシウム２水和物の添加を明らかにしている。
【０００６】
パネルの石膏芯への膨張可能な材料の導入は、またこれらパネルの耐火性を改善する方法として使用されている。ボードの温度が火の存在により上がるとき、少なくとも部分的に膨張する材料は、置換されつつある水の代わりになる。非膨張の石膏芯に比べて、ボードが燃え尽きたりまたは大きな裂け目を形成するのに遙かに長い時間が掛かる。しかし、石膏芯にわたって膨張する材料を用いることは、比較的高価であり、そして有機添加物は、石膏のスラリー全体に均質に分散させるのに使用量が多いことを必要とすることから、健康および環境の懸念を生じさせる。
【０００７】
耐火性のためにウォールボードへパーライトおよび／またはバーミキュライトを加えることは、当業者にとり周知のことである。特許文献２は、石膏ボードへのパーライトおよびバーミキュライトの添加を開示している。この文献は、これらの材料が膨張性でありそして火に曝されたとき膨張することを教示している。ガラスファイバーも所望により芯の組成物へ添加される。端の濃度の増加したウォールボード中のガラスファイバーの分布は、特許文献３に開示されている。特許文献４は、石膏、紙ファイバーおよび１つ以上の性能向上剤例えば無機ファイバー、粘土、バーミキュライトおよびポリマー結合剤を組み合わせた石膏組成物の製造を教示している。これらの参考文献の何れも、ともに働いて抵抗性を改善する芯およびコーティングの組み合わせを示していない。
【０００８】
壁または床／天井アセンブリの耐火テストは、システムが標準ＡＳＴＭ（ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）Ｅ１１９テスト手順に特定された制限基準に達するのに要する時間を単に測定するのに過ぎない。壁アセンブリにとり、制限基準は、壁を通る熱エネルギーの通過、壁の面のなかで火に曝されていない面上の予定された温度を超える温度上昇、重ねられたデザインされた負荷に耐える壁の燃焼中の能力（負荷に耐える壁のための）またはアセンブリを通る水の放射として規定される。ＡＳＴＭ  Ｃ３６によれば、厚さ５／８インチ（１６ｍｍ）のタイプＸパネルは、ＡＳＴＭ  Ｅ１１９に従ってテストされた場合、負荷に耐える木材・間柱の壁のそれぞれの面の単一の層に適用されるとき、１時間の耐火点数以上でなければならない。１／２インチ（１２ｍｍ）のタイプＸのパネルは、同じアセンブリで４５分の耐火点数をもたらさなければならない。
【０００９】
タイプＣとして知られている第２のタイプの耐火石膏パネル（改良したタイプＸ）は、より良い性能をもたらす。ガラスファイバー添加物に加えて、タイプＣパネルは、熱の存在により膨張する特別な材料を含み、石膏の脱水および溶融から生ずるパネルの収縮を幾分相殺する。これは、石膏芯に安定性を増させ、パネルの耐火性能を顕著に向上させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許４６４７４８６
【特許文献２】米国特許３３７６１４７
【特許文献３】米国特許３４６２３４１
【特許文献４】米国特許５６０１８８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
当業者は、多量の通常の膨張する材料を要しない改善された耐火性を有する石膏パネルを求めている。また、当業者は、防火性を改善するために膨張する石膏パネル上に使用できる耐火性の層を求めている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらおよび他の要求は、石膏および高温度の収縮抵抗性の材料を含む芯を有する石膏パネルにより解決される。芯は、少なくとも２つの相対する面および２つの相対する端を有するパネルに形成される。端および／または面の少なくとも１つは、芯よりも高い密度を有する石膏マトリックスおよび膨張可能な材料を含む膨張する層により被覆される。面に用いられる材料は、膨張可能な層の少なくとも一部を覆う。
【００１３】
多層のパネルを連続的に形成する方法は、石膏スラリーをつくり、次にこの石膏スラリーを少なくとも一次の石膏スラリーおよび二次石膏スラリーに分けることを含む。水および膨張する材料を有する添加スラリーをつくり、二次石膏スラリーへ添加して、表面仕上げ材料の全体または少なくとも一部の上に延展する膨張可能な層スラリーをつくる。一次石膏スラリーは、表面仕上げ材料および膨張する層の上に散布されて芯を形成する。
【００１４】
所望により、他の層すなわち端部コーティングが、さらなる防火性のために膨張する層へ適用される。端部コーティングは、第２の膨張する材料を含む。火に当たっている間、端部コーティングは膨張して結合する石膏パネル間の隙間をシールする。
【００１５】
使用される膨張する材料について、芯のスラリーよりむしろ膨張する層へのその添加は、厚さをより厚くし、それにより耐火性を改善する。もし同等の耐火性が望ましいならば、膨張する材料の量は減らすことができ、それにより材料のコストを低下できる。
【００１６】
石膏パネルへの添加物の量を減らすことは、また製品の全体の重量を減らす。添加物の量を制限してコストを節約することに加えて、パネルの重量の減少は、また輸送コストを減らしそしてパネルを運ぶかまたは設置する作業者の疲労を減らすことになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の基体および石膏パネルの断面である。
【図２】任意の端のコーティングを有することを示す本発明の石膏パネルの断面である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１では、本発明は、広く１０とされる多層石膏パネルを含み、それは、芯１２、膨張する層１４および表面仕上げ材料１６を含む。このパネルに追加の層またはカバーを含むことも含まれる。石膏パネル１０は、少なくとも２つの相対する面２０，２２および２つの相対する端２４、２６を含む。石膏パネルの製造中、広く３０とされる個々のパネルを形成するのに切断される芯の材料１２の連続する条片が生成される。それぞれのパネル３０は、好ましくは、相対する端の少なくとも２つの組を含む。パネル３０が互いに分離された相対する切断端（図示せず）の組、および相対する最終の端２４、２６の組が存在する。
【００１９】
パネルの芯１２は、硫酸カルシウム半水和物、収縮抵抗性材料および水を含む一次石膏スラリーから製造される。同じ成分を含む第２のスラリーは、膨張する層１４をつくるのに使用される。それぞれのスラリー中のそれぞれの成分およびそれらのそれぞれの量の詳細は、以下に詳述される。
【００２０】
パネルの芯１２および膨張する層の両者の必須の成分は、また焼き石膏、白土または硫酸カルシウム２水和物として知られている石膏である。石膏は、焼き石膏（ｐｌａｓｔｅｒ  ｏｆ  Ｐａｒｉｓ）、焼成石膏または硫酸カルシウム半水和物としても知られている化粧しっくいへ水を加えてスラリーを形成することによりパネルに製造される。硫酸カルシウム半水和物は、水により水和されて連結する硫酸カルシウム２水和物の結晶のマトリックスを形成する。硫酸カルシウム半水和物、硫酸カルシウム硬石膏またはこれらの両者を含む任意の焼成した石膏は、いずれのスラリーにも有用である。
【００２１】
硫酸カルシウム半水和物は、少なくとも２つの共通した結晶形すなわちアルファおよびベータの形を生成する。ベータ硫酸カルシウム半水和物は、通常、石膏ボードパネルに使用されるが、またアルファ硫酸カルシウム半水和物またはアルファおよびベータ半水和物からつくられたパネルも本発明で有用であると考えられる。ベータ焼成化粧しっくいは、一次および二次のスラリーの両者において好ましい硫酸カルシウム半水和物である。硬石膏は、好ましくは両者のスラリーにおいて焼成した石膏含量の２０重量％より少ない量で、焼成した石膏の少ない成分として使用することが考えられる。
【００２２】
石膏複合物は、それらのシリカ含量および付着物中に存在する可溶性塩の量およびタイプを変化させる。これらの付着物は、焼成前に一般に除かれず、そのため硫酸カルシウム半水和物に存在する。或る低融点可溶性塩特に塩化物の存在は、石膏複合物の融点を低下させそして劇的な高温度の収縮を生じさせる。石膏複合物の融解は、ＳＥＭの検査により確認されている。石膏複合物中の高い可溶性塩の含量は、融点を下げそして石膏の収縮を増す。好ましくは、可溶性塩含量は、０．２重量％より少ない量である。
【００２３】
化粧しっくいの他の望ましい性質は、高いシリカ含量であり、好ましいシリカは粘土ミネラル例えばカオリン粘土である。石膏複合物中に高いシリカ含量を有する化粧しっくいは、融点を上げる。これは、より良い耐火性にとり好ましい。高いシリカの硫酸カルシウム半水和物の例は、１重量％より多いシリカまたは２重量％より多い粘土含量である。
【００２４】
本発明の好ましい態様では、芯１２および膨張する層１４の両者は、乾燥成分の少なくとも５０重量％の硫酸カルシウム半水和物を含む。より好ましくは、芯１２は少なくとも６０重量％の硫酸カルシウム半水和物を含み、さらに好ましくは７０−９９重量％を含む。芯１２中の化粧しっくいの好ましい量は、乾燥固体の重量に基づいて約７０−約９０重量％である。
【００２５】
膨張する層１４は、それが少なくとも１つの追加のせいぶんを有するために、しばしば、重量％で化粧しっくいより少ない。膨張する層１４中の化粧しっくいの量は、好ましくは、スラリー中の乾燥固体の重量に基づいて６０−約９０重量％に及ぶ。
【００２６】
芯１２および膨張する層１４の両者の他の必須の成分は、高温度収縮抵抗性材料である。他の成分と一緒に使用できそして収縮しない任意の材料が、収縮抵抗性材料として有用である。最も収縮抵抗性のある材料は、石膏複合物の融点を上げて高温度における収縮を低下または防ぐ充填剤である。化粧しっくいを少量のこれらの充填剤により置き換えることにより、硬化芯１２は、これらの充填剤のない硬化芯に比べて遙かに収縮しない。収縮抵抗性材料の例は、ガラスファイバー、ガラスまたは合成の繊維、フュームシリカ、珪藻土および粘土例えばカオリン粘土を含む。多くのシリカの多いミネラルは、石膏の収縮を低下させるように働く。好ましくは、芯は、コストの懸念から膨張する材料を含まない。収縮抵抗性材料は、乾燥成分に基づいて０．１−約３重量％の量で使用される。好ましい収縮抵抗性材料はカオリン粘土である。すべてのガラスファイバーが収縮抵抗性でないことに注意すべきである。収縮抵抗性材料のみがこの成分で有用である。
【００２７】
収縮抵抗性材料に加えて、ガラスファイバー（通常長さ１／２−３／４インチおよび直径１０−１６ミクロン、融点８００℃以上）を石膏芯および膨張する層へ加えて、両方の表面仕上げの紙が火に当たって燃え落ちた後でも、石膏パネル全体は一緒に保持された（すなわち一体性を保持した）。
【００２８】
石膏芯１２および膨張する層１４の第４の必須の成分は水である。石膏物品の製造中、水は液体として存在する。化粧しっくいおよび収縮抵抗性材料は、水へ加えられてスラリーを形成する。好ましくは、水は、副反応を減らすために可能な限り純粋である。上述のように、或る塩の存在は、石膏の硬化速度並びに収縮する傾向を改変できる。水とともに導入される塩の量を制限することは、硬化時間および製品の収縮をコントロールすることを容易にする。
【００２９】
本発明のいくつかの任意の態様では、１つ以上の添加物は、一次石膏スラリー、二次石膏スラリーの何れか、またはその両者に含まれる。濃度は、仕上がりボードパネルの１０００平方フィート（９３ｍ２）あたりの量（「ＭＳＦ」）で報告される。硬化遅延剤（約２Ｌｂ／ＭＳＦ以内、約９．７ｇ／ｍ２）または促進剤（約３５Ｌｂ／ＭＳＦ以内、約１７０ｇ／ｍ２）が添加されて、水和反応が生ずる速度を改変する。「ＣＳＡ」は、５％砂糖および硼酸とともに粉砕されそして華氏２５０度（１２１℃）に加熱して砂糖をカラメル化された９５％硫酸カルシウム２水和物からなる硬化促進剤である。ＣＳＡは、ＵＳＧ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｓｏｕｔｈａｒｄ、ＯＫ  Ｐｌａｎｔから入手でき、本明細書で参考として引用される米国特許３５７３９４７に従ってつくられる。
【００３０】
さらに、芯１２および／または膨張する層１４の組成物は、所望により、澱粉例えば予めゼラチン化した澱粉または酸変性澱粉を含む。予めゼラチン化された澱粉を含むことは、硬化かつ乾燥した石膏注型物の強さを増し、そして水分の増加の条件（例えば、焼成した石膏に対する水の比の増加に関する）の下で紙が剥がれる危険を最低にするかまたは避けることができる。当業者は、原料澱粉を予めゼラチン化する方法、例えば、少なくとも華氏約１８５度（８５℃）の温度で原料澱粉を蒸煮する方法または他の方法を理解できるだろう。予めゼラチン化した澱粉の好適な例は、ＰＣＦ  １０００澱粉（Ｂｕｒｇｅ  Ｍｉｌｌｉｎｇ  Ｉｎｃ．から市販されている）、およびＡＭＥＲＩＫＯＲ  ８１８およびＨＱＭ  ＰＲＥＧＥＬ澱粉（両者ともＡｒｃｈｅｒ  Ｄａｎｉｅｌｓ  Ｍｉｄｌａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている）を含むが、これらに限定されない。もし含まれるならば、予めゼラチン化された澱粉は、任意の好適な量で存在する。例えば、もし含まれるならば、予めゼラチン化された澱粉は、使用される混合物へ添加されて、硬化石膏組成物の約０．５−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。
【００３１】
他の任意の成分が使用されて最終製品の芯１２および／または膨張する層１４の１つ以上の性質を改変し、１５Ｌｂ／ＭＳＦ以内（約７３ｇ／ｍ２以内）の紙ファイバーもスラリーへ添加される。分散剤または表面活性剤は、スラリーの粘度または表面の性質を改変する通常の添加物である。ナフタレンスルホネートは好ましい分散剤であり、例えばＧｅｏ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ、ＯＨからのＤＩＬＯＦＬＯＷ（商標）がある。好ましくは、分散剤は、１６Ｌｂ／ＭＳＦ以内（７８ｇ／ｍ２以内）の量で芯のスラリーへ添加される。以下に詳述されるワックスエマルションは、２０ガロン／ＭＳＦ以内（０．８Ｌ／ｍ２以内）の量で石膏スラリーへ添加されて、仕上がり石膏ボードパネルの水抵抗性を改善する。ピリチオン（ｐｙｒｉｔｈｉｏｎｅ）塩は、他の保存料に加えて有用である。ピリチオン塩が任意の他の添加物とともに使用されるとき、有害な作用は知られていない。そのため、ピリチオン塩は、石膏芯へ添加されて硬化石膏芯１２の他の性質を改変する任意の添加物と組み合わされたとき、有用であると考えられる。
【００３２】
重量を軽くするために硬化石膏含有製品に空所を生ずる発泡剤を用いる本発明の態様では、発泡した硬化石膏製品を製造するのに有用であることが知られている任意の従来の発泡剤を用いることができる。多くのこのような発泡剤は周知であり、そして市販されており、例えばＧＥＯ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ａｍｂｌｅｒ、ＰＡから入手できる。発泡体および発泡した石膏製品を製造する好ましい方法は、本明細書で参考として引用される米国特許５６８３６３５に開示されている。もし発泡剤が使用されるならば、発泡体は、石膏スラリーから別に発生するのが好ましい。予め発生した発泡体は、次にスラリーがスラリーミキサーを出るときに、スラリー中へ噴射される。スラリー全体は、ミキサーから放出される。それが出るときまたは出た直後、スラリーは少なくとも２つの部分に分けられる。発泡体は、石膏芯１２を形成するスラリーの流れの少なくとも１つ中にポンプで運ばれる。スラリーおよび発泡体の流れは、次に石膏芯１２になる流れにある。どんな追加の混合も、発泡体の添加後には不必要である。発泡体およびスラリーは、それらがホースおよび導管を通って形成テーブルへ移動するとき、十分に混合される。
【００３３】
いくつかの態様では、トリメタホスフェート化合物が、使用される石膏スラリーへ添加されて、芯１２および／または膨張する層１４をつくり、製品の強さを増しそして硬化石膏のたるみ抵抗性を減らす。好ましくは、トリメタホスフェート化合物の濃度は、焼成石膏の重量に基づいて約０．１−約２．０重量％である。トリメタホスフェート化合物を含む石膏組成物は、本明細書で参考として引用される米国特許６３４２２８４に開示されている。トリメタホスフェート塩の例は、トリメタホスフェートのナトリウム、カリウムまたはリチウムの塩を含み、例えばＡｓｔａｒｉｓ、ＬＬＣ、Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯから入手できるものがある。
【００３４】
スラリーは、当業者により周知の任意の方法により製造できる。好ましい態様では、スラリーのそれぞれは、水分のない成分例えば硫酸カルシウム半水和物および収縮抵抗性材料を混合することにより製造される。含水の成分は、もし存在するならば、水へ直接添加される。水分のない成分は、次に連続するやり方で、含水の成分へ添加され、混合されそして分散される。
【００３５】
別々のミキサー中での一次および二次のスラリーの混合が考えられる。しかし、他の態様では、共通のスラリーが混合されそしてミキサーから分散されたとき一次スラリーおよび二次スラリーへ分けられる。それは、膨張する層１４が、一次石膏芯１２で使用されるのと非常に類似している二次石膏スラリーから製造されるからである。二次スラリーは、一次スラリーのスリップ流として得ることができるか、またはそれは別個にアセンブリされる。スリップ流が一次石膏スラリーから採られるとき、一次スラリーがスラリーミキサーを出るとき採られるのが好ましい。
【００３６】
二次スラリーの密度は、好ましくは、石膏芯１２のより高い。二次スラリーの高い密度の性質は、多くの異なる方法で達成できる。好ましくは、二次スラリーの密度は、二次スラリーの全空所容積を低下させることにより増加する。１つの態様では、二次スラリーは、発泡体の添加なしに製造される。他の態様は、一次スラリーに含まれるのより少ない発泡体を二次スラリーへ添加する。発泡体が少ないと、石膏の密度を減らす随伴する空気は少なくなる。さらに他の態様では、同量の発泡体を一次スラリーと二次スラリーとの両者へ添加し、次に二次スラリーは攪拌、破砕などの処理をうけて、発泡のいくらかを壊すことになり、それにより一次スラリーに比べて密度が増大する。
【００３７】
膨張する材料は二次スラリーへ添加される。膨張する材料は、膨張させる熱または炎に曝されたとき、化学または物理的な変化をする。いくつかのミネラル例えばパーライトまたはバーミキュライトは、水が熱によりそれらの結晶から離脱しそして裂け目が急に膨張するとき、ポップコーンのように膨張する。他の材料例えば膨張するポリマーシステムは、粘度が高くなり、次に硬化して緻密な熱絶縁性の泡状の炭になる膨張する泡を形成する。しかし、ポリマーが通常の延焼条件で確実に膨張することに注意しなければならない。膨張可能なグラファイトも、膨張する材料として使用される。パーライト、雲母およびバーミキュライトは、それらの合理的なコストおよび入手の容易さによって膨張する材料の好ましい例である。
【００３８】
膨張する材料の量は、選ばれた材料そのものに依存する。バーミキュライトが使用されるとき、膨張する材料が増すにつれ、二次スラリーの重量に基づいて約５重量％から２０重量％より多い量で好ましくは使用される。
【００３９】
本発明の好ましい態様は、耐火コード（ｆｉｒｅｃｏｄｅ）石膏パネル１０を含む。タイプＸすなわち耐火性石膏パネル１０は、添加物例えば石膏芯１２中に配合される切り刻んだガラスファイバーを含む。火に曝されたときそして表面仕上げの紙１６の両者が燃え落ちた後、これらの添加物は、石膏の結晶を橋かけし、そしてパネルの水が水蒸気へ転換されるとき形成される裂け目のサイズを減らすように働く。これは、パネル１０の一体化を長引かせ、それが耐火バリヤーとして働くことを続けさせ、それにより壁または天井のアセンブリを通る熱の通過を遅らせる。
【００４０】
膨張する層１４は、面２０、２２の少なくとも１つ、端２４、２６の少なくとも１つまたはこれらの組み合わせの少なくとも一部を覆う。膨張する層１４は、好ましくは、端２４、２６の少なくとも１つ、または端に近いパネルの面２０、２２に適用される。熱源例えば火に曝されたとき、膨張する層１４は、膨張し、そして蒸発する水により残された空所を満たし、パネル１０を厚くし、パネル間の空間をシールし、パネル中に形成される裂け目をシールし、空間を埋めて端の結合の開口を減らしそして火または熱いガスが曝されたパネルを通過することをより困難にすることを助ける。膨張する層１４から最も利益を得るように思われる領域は、隣接するパネル１０の端２４、２６に隣り合う端２４，２６、そして端２４、２６の数インチ内の表面仕上げの面の１つ以上、および／または基体３４へパネル１０を確保する固定具３２付近である。所望により、膨張する層１４は、パネル１０の端２４、２６付近で厚い。
【００４１】
予想される膨張の量は、膨張する層１４へ添加される膨張材料のタイプおよび量、並びに膨張する層それ自体の厚さに依存する。膨張する層１４の厚さが増すにつれ、膨張の量も増す。好ましくは、膨張する層１４は、厚さ２０−約２５０ミルの量で適用される。より厚いコーティングも有用であるが、製品の費用を上げる。好ましいコーティングのレベルで、１／８インチ（約０．３２ｃｍ）より長い膨張する層１４の膨張が得られる。膨張する層１４中の所望の成分は、すべての市販されている膨張コーティングである。
【００４２】
図２では、端部コーティング４０が、所望により端２４、２６の少なくとも１つに適用される。この端部コーティング４０は、膨張して隣接するパネル１０間の隙間４２をシールする第２の膨張する材料である。端部コーティング４０の他の成分は水を含むが、端部コーティング４０への所望の材料の添加も含む。任意の膨張する材料が、第２の膨張する材料として有用である。好ましい第２の膨張する材料は、バーミキュライトおよび／または雲母である。第２の膨張する材料は、第１の膨張する材料と同じか、または異なる膨張する材料である。好ましくは、端部コーティング４０は水および第２の膨張する材料のみを含む。
【００４３】
表面仕上げ材料１６は、所望により、パネル１０の１つ以上の面２０、２２および／または１つ以上の端２４，２６のすべての層の外側に置かれる。表面仕上げ１６の使用は、パネル１０の曲げ強さを増す。表面仕上げ１６として使用されることが知られている任意の材料が有用である。紙は、非常に普通の表面仕上げ材料１６である。多層紙は、クラフト紙の１つ以上の層が使用されそしてマニラ紙の１つ以上の層を表面にもつとき、特に好ましい。マニラ紙は、居住域へ向けられる層上で特に使用される。他の表面仕上げ材料も好適であり、ポリマーシートおよびファイバー例えばガラスファイバーからつくられたシートを含む。表面材料を有しない石膏パネルの製造も含まれる。
【００４４】
面２０、２２の何れか１つまたは両者は、表面仕上げ材料により覆われる。面２０、２２の両者が覆われるとき、１つの面は好ましくは第１の表面仕上げ紙により覆われ、一方第２の面は他の表面仕上げ材料例えば第２の表面仕上げ紙により覆われる。しばしば、第１の表面仕上げ紙および第２の表面仕上げ紙は異なるが、面２０、２２の両者上の同じ表面仕上げ材料を有するパネルも含まれる。
【実施例】
【００４５】
テストボードは、表１の処方に従ってつくられた。水を量りそして大きなワーリングブレンダーの混合容器に入れた。水分のない成分を量りそして互いに混合し、次にブレンダー容器中の液体へ加えた。１０秒間浸漬後、ブレンダーを１０秒間動かして液体中へ水分のない成分を十分に混合してスラリーを形成させた。スラリーを１２インチ（３０．５ｃｍ）×１４インチ（３５．６ｃｍ）高さ５／８インチ（１６ｍｍ）の型へ注型することによりサンプルボードをつくった。過剰のスラリーを型の頂部から掻き取った。ボードの重量は、１０００平方フィート（９３ｍ２）あたりの重量として報告される。
【００４６】
【表１】
2010505674.tif 000003
【００４７】
Ｄｅｌｔａ１２インチ（３０．５ｃｍ）ベンチドリルプレス（Ｄｅｌｔａ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ  Ｃｏｒｐ．Ｊａｃｋｓｏｎ、ＴＮ）および直径４インチ（１０．２ｃｍ）の「かんむりのこ」を使用して１２インチ×１４インチ（３０．５ｃｍ×３５．６ｃｍ）のボードサンプルの中心からサンプルを切り取った。４インチ（約１０ｃｍ）の直径の円板を、それぞれの実験室でつくられたボードサンプルから採った。サンプルの切断面を滑らかにするために、ドリルを低速度で作動した。円板の直径の測定に誤差が生ずることから、サンプルの周辺に滑らかでない縁が生ずるのを避けた。各円板の厚さおよび外径の両者は、正確な測定を行うために、テストの前に２回Ｍｉｔｓｕｔｏｙｏ  Ｄｉｇｉｍａｔｉｃカリパス（Ｍｉｔｓｕｔｏｙｏ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｃｏｒｐ．Ａｕｒｏｒａ、ＩＬ）を用いて測定した。それぞれのサンプルを２回測定し、すなわち互いにほぼ直角な２つの位置のそれぞれで１回測定し、２つの測定値を平均した。
【００４８】
６枚の円板のサンプルを、それぞれの延焼テストについてオーブンの床に２×３のパターンで配置した。サンプルを、デジタル１６セグメントプログラム可能なコントローラーを備えた電気で囲んだＬｉｎｄｂｅｒｇ／Ｂｌｕｅ  Ｍ  １１００℃  Ｍｏｌｄａｔｈｅｒｍ  Ｂｏｘ炉（Ｌｉｎｄｂｅｒｇ／Ｂｌｕｅ  Ｍ、Ａｓｈｅｒｖｉｌｌｅ、ＮＣ）の中に入れた。炉を従来の実験室のフードの中に入れて、テスト中発生する燃焼ガスを安全のため換気した。
【００４９】
炉の温度を８５０℃の温度に次第に上げ、その温度を３６分間維持し、次に温度を次第に下げるようにプログラムした。コントロールパラメーターは、以下のように設定された。Ｐ＝２０、Ｉ＝４０、Ｄ＝１０、Ｃｔ＝１、ＳＳＰ＝３０、ＳＰ１＝８５０、ＴＭ１＝０．０１、ＳＰ２＝８５０、ＴＭ２＝１．０、ＳＰ３＝３５０、ＴＭ３＝０．３、ＳＰ４＝１００、ＴＭ４＝３、ＳＰ５＝５０、ＴＭ５＝オフ。
【００５０】
６枚の円板のサンプルを室温で炉内に入れた。円板のサンプルを炉の端に近く配置し、炉の前方のドアから約２インチ（５０．８ｍｍ）下げた。フードのドアを開いたままにし、テストの開始前にフードのファンを起動した。炉のドアを閉めた後、プログラムを作動し、各バッチテストの完了には約１時間を要した。炉の温度を期間中モニターし、標準曲線と比較した。
【００５１】
炉のプログラムを作動しそして温度が５０℃に低下した後（通常約３時間を要する）、サンプルをオーブンから取り出しそして室温に速やかに冷やした。厚さおよび直径の測定の第２の組を行った。直径の収縮の％の量は、テスト前の平均のサンプルの直径とテスト後の平均のサンプルの直径の差をテスト前の平均のサンプルの直径で除しそして１００倍して計算された。厚さの収縮の％の量は、オーブン中で燃焼された前後の厚さの差を燃焼前の厚さにより除し、１００倍して計算された。これらの値は、表１に示される各組成物に関する３つのサンプルについて平均された。耐火コード石膏製品の収縮は、５％より小さくなければならない。
【００５２】
【表２】
2010505674.tif 000004
【００５３】
上記の結果は、厚さにおける良好な膨張が、石膏パネルの膨張する層中にのみ膨張する材料が存在するとき得られることを示す。さらに、特定のレベルの収縮低下を達成するのに、サンプル全体に膨張する材料を分散させることに比べて、必要な膨張する材料は、より少なくてよい。平均の厚さの収縮に関する負の値は、サンプルが、燃焼テスト後サンプルの元の厚さを越えて膨張したことを示す。サンプル２および３は、膨張する材料の量を増やすことによる収縮の低下を示す。膨張する層のみの膨張する材料の量は、サンプル４−７よりも増加する。最良の結果は、均質な石膏層を有するサンプル３に比べて、より少ないバーミキュライトが使用されたにもかかわらず、サンプル６および７で得られる。それぞれ４０ｇおよび８０ｇを有するサンプル４および５は、１００ｇのバーミキュライトを有するサンプル２より遙かに小さい収縮を有した。表面の膨張する層中の膨張可能な材料の濃度を上げることは、石膏芯中にそれを均質に分配することに比べて、膨張をより有効に使用し、そしてより少ないコストで使用することになる。
【００５４】
石膏パネルのための膨張する層の特定の態様が示され記述されたが、請求の範囲に示されそしてその広い局面で、本発明から離れることなく、それについて変化および改変がなされることは、当業者にとり明らかであろう。本発明の特徴が任意の組み合わせで互いに使用できることに注意すべきである。
【符号の説明】
【００５５】
１０  多層石膏パネル
１２  芯
１４  膨張する層
１６  表面仕上げ材料
２０  面
２２  面
２４  端
２６  端
３０  パネル
３２  固定具
３４  基体
４０  端部コーティング
４２  隙間
【図１】
2010505674.tif 000005
【図２】
2010505674.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月7日(2009.9.7)
【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】
石膏および高温度収縮抵抗性材料を含み、少なくとも２つの相対する面と２つの相対する端を有するパネルへ形成される芯；
該面の１つ以上、該端の１つ以上およびこれらの組み合わせからなる群の少なくとも一部を覆い、該芯より高い密度を有する石膏マトリックスおよび第１の膨張性材料を含む膨張可能な層；および
該膨張可能な層の少なくとも一部を覆う表面仕上げ材料
からなることを特徴とする多層石膏パネル。
【請求項２】
該高温度収縮抵抗性材料が、ガラスファイバー、フュームシリカ、珪藻土および粘土からなる群の少なくとも１つである請求項１のパネル。
【請求項３】
該第１の膨張性材料が、硫酸カルシウム硬石膏ＩＩ、バーミキュライト、珪灰石、グラファイトおよび雲母からなる群の少なくとも１つを含む請求項１または２のパネル。
【請求項４】
該膨張可能な層が、該面の１つの実質的にすべてを覆う請求項１〜３のいずれか１項のパネル。
【請求項５】
第２の膨張性材料を含み、該端の１つの少なくとも一部の上および該表面仕上げ材料と該膨張可能な層との間に配置されている端部コーティングをさらに含み、該表面仕上げ材料が、該面の少なくとも１つおよび該相対する端の両方を覆う請求項１〜４のいずれかの１項パネル。
【請求項６】
硫酸カルシウム半水和物、高温度収縮抵抗性材料および水を含む石膏スラリーを製造し；
石膏スラリーを少なくとも一次石膏スラリーおよび二次石膏スラリーに分割し；
膨張する材料を二次石膏スラリーへ添加して膨張可能な層のスラリーを製造し；
二次石膏スラリーを表面仕上げ材料の少なくとも一部の上に延展し；そして
一次石膏スラリーから膨張可能な層の上に石膏芯を形成する；
ことを特徴とする多層パネルを連続して形成する方法。
【請求項７】
該分割工程後発泡体を一次石膏スラリーへ加えることをさらに含む請求項６の方法。
【請求項８】
該延展工程前に端部コーティングを該表面仕上げ材料の内側へ付着させることをさらに含む請求項６または７の方法。
【請求項９】
第１の量の硫酸カルシウム半水和物、第１の収縮抵抗性材料および水を含み膨張性材料を含まない一次スラリーを製造し；
第２の量の硫酸カルシウム半水和物、第２の収縮抵抗性材料および膨張する材料を含む二次スラリーを製造し；
一次スラリーを第１の表面仕上げ材料の上に注ぎ；そして
二次スラリーを一次スラリーの上に注ぐ
ことを特徴とする石膏パネルを製造する方法。
【請求項１０】
該第２の注入工程が二次スラリーにより少なくとも１つの面および少なくとも１つの端を覆うことからなる請求項９の方法。
【国際調査報告】
2010505674.tif 000007