(57)【要約】軽量石膏ボード製品は、石膏スラリに加える前に焼成石膏を改良すると共に、泡発生器および高圧空気を用いて気泡剤を加えることにより製造できる。気泡剤により、均一で粒径が安定している泡の分散が得られる。泡によって、このような利点のあるボイド特性が付与されるので、充分な強度および釘引き抜き特性が備わった軽量石膏製品が得られる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．２〜１．２ポンド／ｍｓｆの起泡剤−界面活性剤、
６５０〜１０００ポンド／ｍｓｆの水、および
≦１３３０ポンド／ｍｓｆ（６．５３ｋｇ／ｍ２）のスタッコ
を含む石膏ボード製品スラリ。
【請求項２】
６〜１２ポンド／ｍｓｆのデンプン、
０〜３．５ポンド／ｍｓｆの液体分散剤、
２〜１０ポンド／ｍｓｆのＢＭ促進剤、
０〜３ポンド／ｍｓｆのホウ酸、
０〜１０％のガラス繊維、
０〜０．５ポンド／ｍｓｆの遅延剤、
０〜５ポンド／ｍｓｆのアスファルト・ワックス／エマルジョン、
０〜４ポンド／ｍｓｆの硫酸カリウム、および
０〜２００ポンド／ｍｓｆの再生品
をさらに含み、前記水が、２５０〜４００ポンド／ｍｓｆの調合水、２００〜３００ポンド／ｍｓｆのパルプ水、および２００〜３００ポンド／ｍｓｆの起泡水を含む請求項１に記載の石膏ボード製品スラリ。
【請求項３】
請求項１に記載の石膏ボード製品スラリから製造される石膏ボード製品であって、厚さが１／２インチであり、裏側と表側に紙を有し、総乾燥重量が≦約１２７５ポンド／ｍｓｆである石膏ボード製品。
【請求項４】
総乾燥重量が≦１２５０ポンド／ｍｓｆである請求項３に記載の石膏ボード製品。
【請求項５】
石膏ボード製品内の泡の直径が≦５００μｍである請求項３に記載の石膏ボード製品。
【請求項６】
石膏ボード製品内の泡の直径が８０〜３００μｍである請求項５に記載の石膏ボード製品。
【請求項７】
釘引抜き値が約８５から９５ポンド重である請求項３に記載の石膏ボード製品。
【請求項８】
曲げ強さの値が約４５から８５ポンド重である請求項３に記載の石膏ボード製品。
【請求項９】
加湿撓みが約２〜３ｍｍである請求項３に記載の石膏ボード製品。
【請求項１０】
０．２５〜１．２５ポンド／ｍｓｆの起泡剤−界面活性剤、
８５０〜１３００ポンド／ｍｓｆの水、および
≦１４００ポンド／ｍｓｆのスタッコ
を含む石膏ボード製品スラリ。
【請求項１１】
０〜１２．５ポンド／ｍｓｆのデンプン、
０〜４．３７５ポンド／ｍｓｆの液体分散剤、
０〜１２．５ポンド／ｍｓｆのＢＭ促進剤、
０〜３．７５ポンド／ｍｓｆのホウ酸、
０〜１８．７５ポンド／ｍｓｆのガラス繊維、
０〜０．５ポンド／ｍｓｆの遅延剤、および
０〜６．２５ポンド／ｍｓｆのアスファルト・ワックス／エマルジョン
をさらに含み、前記水が、２５０〜４００ポンド／ｍｓｆの調合水、および６００〜９００ポンド／ｍｓｆの起泡水を含む請求項１０に記載の石膏ボード製品スラリ。
【請求項１２】
請求項１０に記載の石膏ボード製品スラリから製造される石膏ボード製品であって、厚さが５／８インチであり、紙を有さず、総乾燥重量が≦約１４００ポンド／ｍｓｆである石膏ボード製品。
【請求項１３】
石膏ボード製品内の泡の直径が≦５００μｍである請求項１０に記載の石膏ボード製品。
【請求項１４】
石膏ボード製品内の泡の直径が８０〜３００μｍである請求項１３に記載の石膏ボード製品。
【請求項１５】
０．２５〜２．６ポンド／ｍｓｆの起泡剤−界面活性剤、
５００〜１６００ポンド／ｍｓｆの水、および
≦１４００ポンド／ｍｓｆのスタッコ
を含む石膏ボード製品スラリ。
【請求項１６】
０〜１２．５ポンド／ｍｓｆのデンプン、
０〜６ポンド／ｍｓｆの液体分散剤、
０〜１２．５ポンド／ｍｓｆのＢＭ促進剤、
０〜３．７５ポンド／ｍｓｆのホウ酸、
０〜２０ポンド／ｍｓｆのガラス繊維、
０〜０．５ポンド／ｍｓｆの遅延剤、および
０〜６．２５ポンド／ｍｓｆのアスファルト・ワックス／エマルジョン
をさらに含み、前記水が、５００〜７００ポンド／ｍｓｆの調合水、および２００〜４００ポンド／ｍｓｆの起泡水を含む請求項１５に記載の石膏ボード製品スラリ。
【請求項１７】
請求項１５に記載の石膏ボード製品スラリから製造される石膏ボード製品であって、厚さが５／８インチであり、紙を片側だけに有し、総乾燥重量が≦約１４５０ポンド／ｍｓｆである石膏ボード製品。
【請求項１８】
石膏ボード製品スラリが剥離紙の上にキャストされ、石膏ボード製品スラリの硬化の後で剥離紙が石膏ボード製品から取り除かれる請求項１７に記載の石膏ボード製品。
【請求項１９】
石膏ボード製品スラリがエンドレス・ベルトの上にキャストされ、石膏ボード製品スラリの硬化の後でエンドレス・ベルトが石膏ボード製品から引き離される請求項１７に記載の石膏ボード製品。
【請求項２０】
石膏ボード製品内の泡の直径が≦５００μｍである請求項１５に記載の石膏ボード製品。
【請求項２１】
石膏ボード製品内の泡の直径が８０〜３００μｍである請求項２０に記載の石膏ボード製品。
【請求項２２】
表面および裏面に紙を有する１／２インチの厚さの石膏ボード製品であって、総乾燥重量が≦約１２７５ポンド／ｍｓｆ、曲げ強さが＞４５ポンド重である石膏ボード製品。
【請求項２３】
曲げ強さが＞８０ポンド重である請求項２２に記載の１／２インチの厚さの石膏ボード製品。
【請求項２４】
表面および裏面に紙を有する１／２インチの厚さの石膏ボード製品であって、総乾燥重量が≦約１２７５ポンド／ｍｓｆ、釘引抜き値が＞８０ポンド重である石膏ボード製品。
【請求項２５】
釘引抜き値が＞９０ポンド重である請求項２３に記載の１／２インチの厚さの石膏ボード製品。
【請求項２６】
表面および裏面に紙を有する１／２インチの厚さの石膏ボード製品であって、総乾燥重量が≦約１２７５ポンド／ｍｓｆ、加湿撓み値が２〜３ｍｍである石膏ボード製品。
【請求項２７】
表面および裏面に紙を有する１／２インチの厚さの石膏ボード製品であって、総乾燥重量が≦約１２７５ポンド／ｍｓｆ、曲げ強さが＞４５ポンド重であり、釘引抜き値が＞８０ポンド重であり、また加湿撓み値が２〜３ｍｍである石膏ボード製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（背景）
発明の分野
本発明は石膏ボード製品を対象とする。より詳細には、本発明は、壁、天井、あるいは他の適切な用途に使用される軽量石膏ボード製品、ならびにその製造を対象とする。
【０００２】
背景情報
以下の、本発明の背景の説明において、ある特定の構造および方法が参照されるが、このような参照は、適用しうる法律の規定に照らして、これらの構造および方法に先行技術としての資格が与えられるということの承認として、必ずしも解釈されるべきではない。出願人は、参照された対象の何れも本発明に関連する先行技術を構成しないということを立証する権利を留保する。
【０００３】
従来の石膏ボード製品では、製品重量とコストを最小にすると同時に、望ましい強さと外観を示すような製品密度と表面タイプと仕上げで作製される。通常、焼石膏スラリが泡あるいは水性起泡剤とミキサで混合され、表面シートを運ぶコンベヤの上に載せられる。スラリに裏打ちシートが被せられ、湿潤石膏生成物は成形ローラーの間で望みの厚さに成形される。湿潤石膏はコンベヤ・プロセスの間に硬化し、望みの長さに切断され、石膏ボード製品を乾燥オーブンに通すことにより乾燥される。
【０００４】
本発明の前は、従来の石膏ウォールボードの重量は通常、１０００平方フィートあたり約１，７００あるいは１，８００ポンドであった。このようなボードは適切な強さと釘引抜き抵抗を備えていた。しかし、このようなボードは、建築に用いられるときに、運び取り扱うのに重く不便である。適切な軽量あるいは低密度石膏ウォールボードの生産に業界は関心をもってきたが、このような軽量ウォールボードには適切な強さあるいは釘引抜き抵抗がないのではないかと一般に見なされていた。
【０００５】
石膏スラリの組成、スラリの攪拌、および何らかの泡あるいは起泡剤の挿入を含む、制御すべきいくつかのプロセス変数がある。
【０００６】
プロセス変数の１つはスタッコの組成である。例えば、焼石膏は２種の形態のうちの一方でありうる。α石膏は硬化時間が長い針状変態であり、強い石膏ボード製品の一助となる。対照的に、通常のβ石膏はプラテン状であり、硬化時間が短く、α石膏からなるボードほど強くない石膏ボード製品が得られる。β石膏を軽量石膏ボード製品に用いることはできるが、それを使用すると、強さと釘引抜きについてすでに認められた困難を一層大きくする可能性があり、結果としてより弱い軽量ボードが得られる。
【０００７】
さらなるプロセス変数は泡あるいは起泡剤である。ボイドを増やし最終製品の密度を小さくするために、起泡剤はスタッコに挿入される。しかし、枠へのボードの固定が通常そこで実施される、石膏ボード製品の端部では、起泡石膏の釘引抜き値はより小さいので、起泡石膏は無起泡石膏ほど適しているとは限らない。したがって、端部では、泡がより少なく密度がより高い石膏スラリがより望ましい。
【０００８】
Ｗｈｉｔｅ他に発行された米国特許第４，２７９，６７３号は、泡がより少なく密度がより高い石膏を製造するための２次混合および攪拌システムを開示している。起泡石膏は、表面付けおよび成形の前に、石膏ボード生成物の端部に沿って直接配置される。Ｓｕｃｅｃｈ他に発行された米国特許第５，６８３，６３５号は、単一のミキサを開示しており、そこから、泡がより少なく密度が高い石膏の一部分が混合物から取り出され、泡挿入ポイントを迂回して、表面付けおよび成形の前に、石膏ボード生成物の端部に沿って直接配置される。
【０００９】
さらなるプロセス変数は、石膏ミキサへの泡の注入手段の選択である。通常、このような注入は、注入ポイントでの背圧に打ち勝たねばならず、これはミキサのタイプ、混合条件、および注入位置により変わりうる。
【００１０】
石膏ボード製品製造の流れに水性の泡を注入する方法は知られている。Ｓｔｉｌｉｎｇ他に発行された米国特許第４，０５７，４４３号は泡発生器を開示し、泡発生器セルで生成した泡が、ピン・ミキサの中央で焼石膏へ自重供給される。Ｂｉｓｃｈｏｐｓに発行された米国特許第４，７３５，７５５号は、泡発生器で圧力を加えて形成され、最後の時点で最終生成物に注入される泡を開示している。Ｋｏｓｌｏｗｓｋｉ等に発行された米国特許第５，２２７，１００号は、フォーム・ガンにより混合ユニットに加えられる泡混合物を開示している。Ｊｏｈｎｓｏｎに発行された米国特許第４，４５５，２７１号は、制御された空気および水の流れのもとで、２相のスタティック・ミキサ円柱管に水性表面活性剤を通して、混合装置で焼石膏と混合される泡を生成させることを開示している。Ａｉｎｓｌｅｙ他に発行された米国特許第５，７１４，０３２号は、２段階ミキサを開示している。第２のミキサで泡は石膏スラリに加えられ、起泡石膏は排出され、第１のミキサから分岐された、泡を含まない石膏と共に、石膏ボード製品を形成する。
【００１１】
したがって、軽量で適切な機械的強度をもつ石膏ボード製品を開発することが広く求められている。さらに、軽量石膏ボード製品の改良に寄与するプロセス変数を改良することが広く求められている。
【００１２】
（発明の概要）
本発明の１つの目的は、適切な強さと釘引抜き抵抗をもつ軽量石膏ウォールボードを提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、天井タイルとして使用できる軽量石膏タイルを製造することである。
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、表１に記載される成分を用いて、石膏ボードを製造することができる。
【００１５】
本発明の別の実施形態によれば、表２に記載される成分を用いて、石膏ボードを製造することができる。
【００１６】
本発明のさらなる態様によれば、泡発生器および製造プロセスの効率を高める泡組成物を用いて、石膏ボードを製造することができる。
【００１７】
本発明の１つの目的は、石膏ボード製品の製造に、水性起泡剤および泡発生器を用いること、また石膏ボード製品の製造に、ある範囲のガラス繊維、ポリエステルあるいは他の繊維、分散剤、促進剤および起泡界面活性剤を用いることである。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、石膏ボード製品の製造において、水の使用を減らし、泡効率を上げ、またエネルギー消費を減少させることである。
【００１９】
本発明の一態様によれば、石膏ボード製品の製造において、ある範囲のガラス繊維、ポリエステルあるいは他の繊維、分散剤、促進剤および起泡界面活性剤を用いることができる。高圧空気との組合せで、泡発生器および起泡剤は、ボイド・サイズが≦５００μｍとなる泡を生成することができ、ボイドの濃度を、石膏ボード製品の密度を低下させ、結果として軽量製品を得ることができるようなものとすることができる。乾燥重量が≦１２７５ポンド／ｍｓｆ（ｍｓｆ＝１０００ｓｑ．ｆｔ．）の軽量ボードを製造することができる。この軽量ボードは、約８５から９５ポンド重（ｆｏｒｃｅ　ｌｂｓ．）の釘引抜き値、ボードの試験位置により約４５から８５ポンド重となる曲げ強さ、および２〜３ｍｍの撓み変位がある加湿撓みなどの、適切な機械的強度をもつ。
【００２０】
このような石膏ボード製品を、その両側に紙を、もしくはその片側に紙を付けるか、あるいはそのどちら側にも紙を付けないで製造することができる。
【００２１】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本明細書における説明では、場合に応じて、ウォールボードまたは天井タイルまたは天井ボード、あるいはひとまとめにして石膏ボード製品のいずれかが参照されるかもしれないが、それぞれの場合に、ウォールボード、ファイバー・ボード、天井ボード、あるいは天井タイルに対して本発明のコンセプトを一般的に適用することができる。
【００２２】
通常、石膏ボード製品は、成分を合わせて混合してスラリを形成し、スラリを紙の上にキャストし、スラリを硬化させ、キャスト生成物をボードに切断し、そして石膏ボード製品を乾燥することにより製造される。この製造プロセスには最終製品に望ましい性質と特性に応じて多くの異なる形態がある。例えば、製造プロセスは連続あるいはバッチ・プロセスのいずれかでありうる。
【００２３】
連続プロセスでは、連続的に、石膏ボード製品の成分が高剪断ミキサに供給される傍ら、連続キャスティング・プロセスおよびアセンブリ・ラインで、最終製品が製造される。このような連続プロセスの例が、ウォールボードの製造で利用されている。ウォールボードでは、スラリの成分は、ウォールボードの仕上げられた表面および仕上げられていない表面を形作る２枚の紙シートの間にキャストされる。
【００２４】
連続プロセスとは対照的に、天井タイルの製造にバッチ・プロセスを利用することができる。バッチ処理とは、計量された量の石膏ボード製品構成成分を単独の工程において混合することを言う。この時、この石膏ボード・スラリの全量は、石膏ボード製品構成成分をさらに加え混合する前に、次の製造ステップで実質的には完全に使用される。天井タイルの製造では、スラリのバッチが調製され、紙シートの間にキャストされる。引き続く硬化、切断、および乾燥プロセスの間に、紙シートは石膏ボード製品の片側あるいは両側から取り除かれる。
【００２５】
石膏ボード製品は多くの寸法と厚さで製造される。例えば、石膏ボード製品を、３／８インチのボード、１／２インチのボード、あるいは５／８インチのボードとして製造することができる。これらの一般的な寸法は当分野の技術者によく知られている。しかし、よく知られていないことは、薄すぎて壊れやすくなく、重すぎることもないが適切な強さおよび釘引抜きを示す軽量石膏ボード製品を製造する方法である。
【００２６】
スラリをつくるために用いられる成分を制御することにより、軽量および機械的性質の望ましい特性を達成することができる。表１に、１／２インチ軽量石膏ボード製品の例示的実施形態の製造において用いられる成分を列挙する。例えば、両側に紙の付いた、半インチの軽量なウォールボードの製造に、表１の成分を用いることができる。表１の成分から製造された石膏ボード製品の最終製品重量は、約１４３２±２００ポンド／ｍｓｆ（ｍｓｆ＝１０００ｓｑ．ｆｔ．）である。
【００２７】
【表１】
2004508259.tif 000002
【００２８】
強さと重さは石膏ボード製品の重要な特徴である。強さと重さの双方が、比較的薄いウォールボードの不適切な性能および／または比較的厚いウォールボードの比較的大きなコストを生じうる。
【００２９】
１／２インチ・ボードは天井タイルとして用いるには薄すぎることがある。したがって、紙なしあるいは片側だけに紙が付いた天井タイルは、通常５／８インチの厚さである。対照的に、ウォールボード用石膏ボード製品は、より大きな強さと釘引抜き特性を付与する紙が両側に付いている。したがって、厚さの違いに対する適当な比例定数を用いて、表１の値から３／８インチおよび５／８インチの石膏ボード製品を製造することができる。例えば、５／８インチ・ボードでは、１．２５倍された、表１の成分が用いられるであろう。
【００３０】
紙を用いない石膏ボード製品の成分についての例示的実施形態が表２に与えられている。別法として、紙を石膏ボード製品の片側に付けることができる。与えられた値により、天井タイルとして使用するのに適する石膏ボード製品が製造され、適切な釘引抜きおよび曲げ強さを示す。表２の成分から製造される石膏ボード製品の最終製品重量は、約１３８０±２００ポンド／ｍｓｆ（ｍｓｆ＝１０００ｓｑ．ｆｔ）である。
【００３１】
【表２】
2004508259.tif 000003
【００３２】
片側にだけ紙を用いる石膏ボード製品の成分についてのさらなる例示的実施形態が表３に与えられている。与えられた値により、天井タイルとして使用するのに適する石膏ボード製品が製造され、適切な釘引抜きおよび曲げ強さを示す。表３の成分から製造される石膏ボード製品の最終製品重量は、約１４３６±２００ポンド／ｍｓｆ（ｍｓｆ＝１０００ｓｑ．ｆｔ）である。
【００３３】
【表３】
2004508259.tif 000004
【００３４】
本発明の好ましい一実施形態によれば、表１、表２あるいは表３のいずれかに記載された成分を用いて、石膏ボード製品を製造することができる。成分は、好ましくは、「好ましい量」と呼ばれている欄に列挙された量で用いられる。
【００３５】
デンプン：本発明の好ましい実施形態において用いられるデンプンは、好ましくは小麦デンプンである。デンプンの目的の１つは、デンプンがボード内に分散されている場合、ボードが硬化するときに、デンプンはボードの表面に移行して、紙をボードに結合する助けになるということである。紙が使われないボードでは、通常デンプンを含める必要はない。しかし、その片側あるいは両側に紙を付けるボードでは、デンプンは、好ましくは、１０００平方フィートあたり６から１０ポンドの範囲で用いられる。
【００３６】
分散剤：本発明の好ましい実施形態によれば、液体分散剤が成分とブレンドされる。好ましいタイプの液体分散剤は、Ｄｉａｌ−ａ−Ｆｌｏｗ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより製造されており、リグニン系の分散剤である。分散剤は、成分を一緒にブレンドする助けとなり、湿潤剤あるいは可塑剤のように作用する。分散剤は混合物の実際の流動性を増す。
【００３７】
促進剤：ＢＭ促進剤はボール・ミルにかけられた促進剤である。促進剤は石膏の硬化時間を調節するために用いられる。促進剤は、デンプンあるいは他の可溶性物質で被覆された小さな結晶状の物を含んでいる。被覆物は結晶から溶解して無くなるので、促進剤の結晶が石膏の結晶成長の出発点あるいはシードとなる。用いられる促進剤の量を制御することにより、石膏ボードの硬化時間を調節できる。
【００３８】
ホウ酸：本発明のいくつかの実施形態において、ボードの剛性を増すために、ホウ酸を用いることができる。ホウ酸は石膏マトリックス中の結晶を短くする傾向があるので、ボードをより剛直にすることができる。結晶が短くなりボードがより剛直になる結果として、ボードはより弱くなることが多い。ホウ酸は、ボードを切り目に沿って折ることが想定されている場合に、石膏ボードに用いられることが多い。
【００３９】
繊維：ボードの成分に、その強度を増すために繊維を添加することができる。繊維は、ポリエステルあるいはガラス繊維を含めて、任意数のタイプの材料であってよい。繊維は、好ましくは、長さが約１／２インチであるが、望ましいかあるいは入手可能であれば、より長くてもより短くてもよい。
【００４０】
起泡剤：起泡剤は、その密度を下げるために、ボードのコアに空気を含ませるために用いられる。用いることができる起泡剤は「Ｔｈａｔｃｈｅｒ」の商品名で販売されている界面活性剤である。
【００４１】
遅延剤：遅延剤は、好ましくは、石膏の硬化を遅らせるために、ボードの成分に加えられる。遅延剤はボードの強度あるいは他の特性に長期的な影響を及ぼさない。スラリが望ましい時間より短時間で硬化しないように、ある特定の状況では、硬化時間を長くすることが望ましい。石膏スラリがミキサで硬化を始めると、効率が悪くなる。さらに、スラリが、ミキサを出てからであるがキャスティングの前に硬化すると、スラリのキャスティングで、硬化プロセスの間に結晶構造が乱される可能性があり、この結果として、最終のボードがより弱くなるであろう。これらのことに合わせて、石膏の硬化時間を調節するために、遅延剤を用いることができる。
【００４２】
巻付け糊：巻付け糊を、製造後に複数のボードを一緒に動かないようにするために、ボードの端部にテープを付けるのに用いることができる。
【００４３】
アスファルト／ワックス・エマルジョン：アスファルトあるいはワックス・エマルジョンを、石膏ボードに耐水性をもたせるために、ボード成分に加えることができる。
【００４４】
端部ペースト：端部ペーストを、好ましくは、石膏ボードの上部に端部紙を保持するために用いることができる。
【００４５】
紙：紙を、石膏ウォールボードの表面および裏面を形成するように用いることができる。紙は、重さが４０から６０ポンドの間の何れかである。ある用途では、ポリプロピレン繊維がブレンドされた紙を用いることができる。
【００４６】
硫酸カリウム：硫酸カリウムを硬化調節剤として用いることができる。硬化調節剤は、製造が高温雰囲気で行われるときに利用される。例えば、０から４ポンド／ｍｓｆ、好ましくは０ポンド／ｍｓｆの硫酸カリウムを、硬化に影響を与えるためにスラリに添加し、製品の硬化開始と終了の間の曲線を調節することができる。
【００４７】
再生品：石膏ボード製品の製造に、再生石膏ボード製品の使用を含めてもよい。例えば、スクラップ、削り屑、および不合格石膏ボード製品を適当な大きさに粉砕して、ミキサに再投入してスラリにしてもよい。表２のリストでは、再生石膏ボード製品は０から２０００ポンド／ｍｓｆとなっているが、好ましくは０ポンド／ｍｓｆである。
【００４８】
スタッコ：スタッコとして、βあるいは変性β粉末石膏を用いることができる。しかし、他のタイプのスタッコ、例えばα粉末石膏を用いることもできる。スタッコは水と、水とスタッコの比を好ましくは０．６５から０．９の範囲内にして、ブレンドされる。この比は水の重さを用いられるスタッコの重さで割ったものを表す。混合物に添加される水の幾等かは粉末石膏を再び水和してボード内に保持されるであろう。しかし、水のある部分は蒸発させられるであろう。
【００４９】
スタッコは焼成プロセスで調製される。焼成プロセスの間に、石膏から追い出された水が多孔性の焼成生成物を後に残す。次に、この多孔性生成物は低度に、例えば５〜１０重量パーセントの水で、部分的に再度水和され、変性β生成物となる。この変性あるいは安定化石膏は、従来のβ石膏に通常見られる強度の低下を、より起こしにくい。したがって、変性βあるいは安定化β石膏を用いて、得られる石膏ボード製品の強度を高めることができる。
【００５０】
焼成後の任意の適当な時点で、焼石膏の部分再水和を実施することができる。例えば、焼成後すぐに石膏を再水和し、次に保存し、出荷するか、あるいはそれを軽量石膏ボード・スラリの成分として導入する前に、別の仕方で取り扱ってもよい。別法として、焼成と石膏ボード・スラリの成分として使用する前の中間にある別個の独立したプロセスとして、再水和プロセスを行うことができる。最後に、スタッコを石膏ボード・スラリの成分として導入する直前に、部分再水和を行うこともできる。
【００５１】
水：石膏ボード製品の製造に用いられる調合水の量は、石膏あるいはスタッコの量の関数である。調合水はスタッコが完全に水和することを確実にするために用いられる。パルプ水は、乾性および液体成分をミキサに運ぶ媒体として、石膏ボード製品の１成分に用いられる。起泡水は、石膏ボード製品の加工に導入される安定した泡を生成させるために、起泡剤に加えられる。全体として、流動性あるいは全含水量は、石膏ボード生成物のうちで、５００から１６００ポンド／ｍｓｆ、好ましくは６５０から１０５０ポンド／ｍｓｆまで変化する。通常、石膏ボード・スラリは粘度のために、過剰に水を含んでいる。後で、過剰に含まれる水はオーブンでの乾燥ステップの間に除去される。
【００５２】
製造：表１、２および３の成分を用い、知られている加工技術を用いて、軽量石膏ボード製品を成形することができる。例えば、ピン・ミキサに石膏成分を導入し、混合してスラリとすることができる。スラリは遠心力によりピン・ミキサの端に押しやられる。ゲート、実際はピン・ミキサの外周壁にあるテーパー付き矩形通路が、通路の軸がピン・ミキサ内のスラリの運動量ベクトルに対して鋭角をなすように、設けられている。石膏スラリは遠心力により、ゲートに入り、ヘリカル・スタティック・ミキサに送られる。
【００５３】
別法として、適切な位置でプロセスに挿入される起泡剤を使用することによっても、軽量および機械的性質の望ましい特性を実現することができる。例えば、別のプロセスで形成され、次に石膏スラリ・プロセスに送られる水性の泡をピン・ミキサに挿入することができる。
【００５４】
未起泡あるいは起泡スラリは排出され、紙シートの間にキャストされて軽量ウォールボード製品となる。別の一方法においては、スラリは紙シートの間にキャストされ、硬化の後、紙シートの一方あるいは両方が除去されて、天井タイル、天井ボード、あるいはファイバー・ボードなどの軽量石膏ボード製品となる。さらに別の方法では、スラリは、硬化の後で石膏ボード製品の片側あるいは両側から除去され、それからプロセス内のキャスティング位置に運び戻すことができる連続あるいはエンドレス・シートの間にキャストされる。
【００５５】
例示的なプロセスにおいて、ヘリカル・スタティック・ミキサは２つの機能を備えうる。第１に、ヘリカル・スタティック・ミキサは、ピン・ミキサに対する背圧、および搬送キャスティング表面に載せられる前の石膏スラリに対する流れの規制を与える。このように、ヘリカル・スタティック・ミキサは高剪断、高速のピン・ミキサ条件からより低速のキャスティング条件へのスラリの移行に役立つ。
【００５６】
第２に、ヘリカル・スタティック・ミキサはスラリ成分をさらに混合する。この混合は、石膏スラリを、約４５０〜５４０°時計方向回りに回転させてキャスティング表面に載せる内部ヘリカル・パスにより非運動的に達成される。回転方向の逆転とヘリカル・ミキサの曲がりくねった経路の両方が乱流を発生させ、石膏スラリと泡を混合するのに寄与する。得られる石膏ボード製品は、ボイドの大きさが小さくまたボイドの分散が均一である。
【００５７】
別の例示的プロセスでは、５／８インチの厚さの石膏ボード製品が表３に含まれる成分から製造される。添加剤により、ナイフ工程の前に、石膏が短時間に硬化した。剥離紙が用いられ、テンション・ローラーにより前面から除去され床に落とされた。別法として、石膏スラリがその上にキャストされ、硬化後の石膏から最終的には除去される、エンドレス・ベルトあるいは他の適切な装置を用いることができる。覆われていない表面は、透明シュリンク被覆ローラー上を水分除去位置まで移動し、そこでそれはひっくり返されて裏側の紙に対して上になり、乾燥機硬化プロセスへと運ばれる。ライン・スピードは８０フィート／分である。
【００５８】
石膏ボード製品の製造に使用するのに適する起泡剤の１つは「Ｔｈａｔｃｈｅｒ」である。Ｔｈａｔｃｈｅｒは、泡発生器との組合せで、石膏ボード製品の断面全体に渡って小さく均一な泡を生成する。泡発生の一態様において、約１００ｐｓｉ以上の空気が泡発生装置に強制的に入れられる。適切な泡発生装置は、チューブあるいは他の細長いチャンバに、ビーズ、タイル、鞍状物などが詰め込まれた充填床タイプの泡発生器でありうる。高圧空気、界面活性剤／起泡剤、および起泡水が充填床を通して強制的に送られるので、望ましい特性をもつ泡が形成される。別法として、高圧空気に類似した機能が備わる他の泡発生器を用いることができる。
【００５９】
「Ｔｈａｔｃｈｅｒ」起泡剤および約１００ｐｓｉの空気圧を用いると、典型的な泡の大きさは１００μｍ以下でありうる。通常、より小さく均一な泡により、より強い石膏ボード製品が製造される。例えば、小さく均一な泡を変性β石膏結晶と組み合わせると、ウォールボード目標重量に合致し、釘引抜きおよび曲げ強さの要件を満し、必要とされる強度をもつ石膏ボード製品が製造される。
【００６０】
一態様において、泡が分散した石膏ボード製品が軽量であり、かつ強さおよび釘引抜きなどの機械的性質は望ましいものであるということが確認された。このような石膏ボード製品は、泡の直径が≦５００μｍのときに得られる。好ましくは、泡の直径は８０〜３００μｍである。さらに、石膏ボード製品は、直径が≦８０μｍである泡として定義される微小な泡を含んでいてもよい。石膏スラリおよび硬化石膏ボード製品の全体に実質的に均一にこれらの泡を分散させることができる。
【００６１】
別の態様において、泡の密度は、石膏ボードの製造で通常用いられる、標準の６〜２０ポンド／立方フィートとは対照的に、２〜６ポンド／立方フィートでありうる。さらに、泡は、「１／４流出（ｑｕａｒｔｅｒ　ｄｒａｉｎ）」として知られる、所要時間を計る流出試験で特徴づけた場合、石膏ボード製品の製造で用いられている通常の泡のそれに比べて恐らく２から１５倍の耐久性あるいは寿命をもつであろう。「１／４流出」試験では、泡の試料がユニット・シリンダに集められ、静置される。ストップウォッチが使用され、泡が破裂し溶液に戻るにつれて、最初の試料重量の１／４が溶液となって流出するのに要する秒数が記録される。
【００６２】
本発明により石膏ボードを製造するために、好ましい一実施形態によれば、表１、２または３に記載された成分を合わせてブレンドし、スタッコ・スラリを生成する。表面シートをエンドレス・コンベヤ・ベルト上に広げ、スラリをこの表面シート上に載せる。次に、裏打ちシートをスラリ上部に置く。次に、表面シート、スラリ、および裏打ちシートからなるサンドイッチを、ボードを正確な望みの厚さにするための成形プレートを通して、コンベヤ・ベルトで引っ張る。次に、この「サンドイッチ」を最初の硬化時間が終わるまで、コンベヤ・ベルトで運ぶ。その時点で、切断ブレードを用いて、ボードを望みの長さにスライスする。次に、切断長のボードは、過剰の水を除去するために乾燥機を通過する。このプロセスの間の何れかの段階で、表面シートもしくは裏打ちシート、あるいは両方を取り除くことができる。
【００６３】
本発明の別の実施形態において、天井タイル製造用として一般に知られるラインで、石膏ボードを成形することができる。このようなプロセスでは、望みの成分を、バッチ・プロセスで、高剪断ミキサを用いてブレンドする。次に、このバッチは、エンドレス・コンベヤ・ベルト上に、押出機の矩形開口部から押し出される。予め決められた初期硬化時間の後、次に、混合物は望みの長さに切断する。次に、その切断長のものは過剰の水を蒸発させるために、乾燥機を通過する。
【００６４】
本発明によれば、軽量石膏ボードを製造することができる。このボードの密度は、３２ポンド／ｆｔ３（０．５２ｇ／ｃｍ３）の低さから約３５ポンド／ｆｔ３の範囲でありうる。さらに、紙が片側だけに、あるいは何れの側にもない天井タイルの密度は、２２〜２６ポンド／ｆｔ３の範囲でありうる。
【００６５】
２つの実施例で、１／２インチの厚さの石膏ボードを、表１に含まれる配合に合わせて製造した。両側に紙を付けて、この１／２インチ石膏ボードを製造した。硬化および乾燥の後、石膏ボードの乾燥重量はそれぞれ、約１２３５と１２５５ポンド／ｍｓｆであった。機械的性質についてこの石膏ボード製品を試験した。具体的には、曲げ強さ、釘引抜き、および加湿撓みが測定された。
【００６６】
曲げ強さ：石膏ボード製品のトランスバース（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）強さと撓みが、制御された雰囲気に置かれた試料についてのトランスバース試験により測定される。平坦で反りのない試料を、最新の製品から選択し、試料の大きさに切断し、乾燥機から取り出して半時間以内に試験した。湿度計により、選択されたボードが湿潤でなく乾燥しすぎでもないことを確認した。他方、乾燥機から取り出した後１／２時間以内には試験されないボード、すなわち保管品などから取られたものについては、乾燥オーブン内、１２０°Ｆで４〜５時間調整した。さらに、試料を大気中、７０°Ｆから１００°Ｆの温度と５０±２％の相対湿度（ＲＨ）で、一定重量となるまで調整した。試験される部分内に、引き摺り傷、切り傷、凹み、あるいは結果に悪影響を与えると思われる何らかの欠点がないように、試験されるボードの表面を目視で調べた。
【００６７】
鋭いナイフでボードに切り目を入れるかあるいは切断したので、端部はきれいに切断された。１枚のフル・サイズの試験ボードから、それぞれが端部および末端から少なくとも４インチ離れた位置で、４枚の試料を切り取った。トランスバース強さの試験試料の標準サイズは１２インチ×１６インチであった。４枚の試料のうちで、２枚は、１２インチの寸法がボードの流れ方向に対して正確に直角（あるいは表面紙の繊維方向に対して直角）となるように切断され、２枚は１６インチの寸法がボードの流れ方向に対して正確に直角（あるいは表面紙の繊維方向に対して直角）となるように切断された。それぞれの試料の４つの隅の角度は９０°であった。トランスバース試験機破壊ビームと接触するはずの試料面に、試験試料の１２インチ（あるいは１６インチ）の両端部の間の中間に鉛筆で中心線を引いた。この線を心合わせと試料に破壊ビームを正しく合わせるために用いた。
【００６８】
トランスバース試験機に、８０ポンドの散弾バケットおよび散弾フィーダ・エクステンションを装備した。破壊ビーム・ブレード・アセンブリが取り付けられた試験機のレバー・アームを、レバー・アームの末端のバランス重量を調節することにより、散弾バケットと水平位置となるまでバランスさせた。破壊ビーム・ブレードが２個の支持の間の中央になるように、２個の支持ナイフ・エッジを装置台のスロットに置いて、ボードの２本の接触ラインの間に１４インチの間隔を取った。試料を２個の支持ナイフ・エッジの上に置き、破壊ビーム・ブレードが１６インチ試料の中心線と一致するように位置調節をした。破壊ビームをローラー・ガイドに押し付け、それが試料を撓ませることなくボード表面にちょうど接触するまで、再度バランスを取った。破壊ビームをこの位置に保ち、撓みスケールを、レバー・アームの撓み指示ポインターと符合するように０に設定した。
【００６９】
１２±１．２ポンド／分（≒６０ポンド／分の力）の速さでバケットに入れられる散弾で連続的に試料に荷重を加えた。散弾は、Ｐｉｎｅ　Ｉｓｌａｎｄ，ＭＮ　５５９６３のＲｅｌｏａｄｉｎｇ　Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．が市販するＮｏ．６亜鉛被覆（直径が約０．１１０インチ）である。指示ポインターをよく見て、ボードが壊れるときの撓みを求めた。撓みを１／１６インチ刻みの読みで報告した。１２インチ×１６インチの試料に対するトランスバース強さの値を、破壊時の散弾重量を５倍することにより計算した。この計算は、レバー・アームの長さ（２０インチ）に対するベアリングから支点までの距離（４インチ）、あるいは５：１の比に基づく。１枚のフル・サイズの試験ボードから４つのトランスバース強さの値を得た。流れ方向に「一致する」方向および「横切る」方向の、表面を上にした強さと表面を下にした場合の強さについて、１２インチ×１６インチ試料を試験し、結果をそれぞれの試料について別々に報告した。
【００７０】
釘引抜き：釘引き抜きは、釘引抜きに対する石膏ウォールボードの抵抗を測定する。６インチ・ストリップを、４８インチの石膏ボード製品の幅方向に渡って切り取り、５個の６インチ×６インチ（１５２ｍｍ×１５２ｍｍ）試験片に切断し、各試験片の切断位置はそれぞれの端部から４インチ（１０２ｍｍ）以上離れていた。試験片には、中心に垂直にドリルで開けられた７／６４インチ（２．８ｍｍ）のパイロット・ホールがあり、それを８５±１５°Ｆ（２９．５±８．５℃）の温度と５０±２％の相対湿度で、少なくとも２４時間調整した。代わりに、調整なしで試料を試験することができるが、結果は明らかにそのことを示しており、調整された試験片に対する試験結果と一緒には報告されない。
【００７１】
調製後、試験釘シャンクに変更されたトランスバース試験機の支持プレート上に、表面を上にして試験片を置いた。試験釘シャンクを手動で、釘の頭が試験片の面と揃うまで、下げた。トランスバース試験機のバケットに入れられた金属の散弾（Ｐｉｎｅ　Ｉｓｌａｎｄ，ＭＮ　５５９６３のＲｅｌｏａｄｉｎｇ　Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．が市販するＮｏ．６亜鉛被覆）を用いて試料に荷重を加えた。最大荷重は、釘の頭が試料表面を離れるときの荷重であった。１ポンド重の位で最も近い値に丸めて、ポンド重で表した最大の力の平均を、５：１のレバー・アーム比を用い、平均値から１５％を超えて外れた何れの単一の試験も除外して計算した。２つ以上の結果が除外された場合は、全試験を繰り返した。
【００７２】
加湿撓み：加湿撓みは、高湿度（９０％）雰囲気にある石膏ボードの撓みの大きさを与える。２枚の試料（１２ｉｎ．×２４ｉｎ．）を、ボードの末端および端部から少なくとも１２インチ離れた位置で、１２インチの寸法をボードの長手方向に平行にして切り取った。次に、試料を、５０±２％ＲＨ、８５°Ｆ±１５°Ｆ（２９．５℃±８．５℃）で一定重量になるまで調整した。次に、調整された試料を、湿潤室あるいはキャビネットの吊り下げラックの上に、表面を下にして置いた。吊り下げラックには、少なくとも１２インチの長さで２３インチ離れた、１組の平行で平坦な支持面がある。吊り下げラック上の、この支持エッジの半径は１／８インチである。撓みを開始時と４８時間後に記録し、試料の末端部上部エッジに渡して置かれたまっすぐなエッジと試料中央の上側表面との間の距離として測定した。加湿撓みは最終の撓みと開始時の撓みの差として報告した。
【００７３】
１／２インチの製品に対する釘引抜き結果は、約８５から９５ポンド重の釘引抜き値を示す。曲げ強さは、ボードの試験位置に応じて、約４５から８５ポンド重まで変化した。加湿撓みは２〜３ｍｍの撓み変位を示した。表４〜６はこれらの機械的性質に対する結果を含む。
【００７４】
【表４】
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【００７５】
【表５】
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【００７６】
【表６】
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【００７７】
このように、本発明によれば、重量が≦１２７５、より好ましくは重量が≦１２５０の軽量石膏ボード製品が、表４〜６に記載される機械的性質をもつことができる。
【００７８】
本発明が、その例示的実施形態と関連させて説明されたが、具体的に記載されていない追加、削除、変更、および置換を、添付の特許請求の範囲に定められる本発明の精神および範囲から逸脱することなくなしうるということが、当分野の技術者により、理解されるであろう。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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