(57)【要約】  石膏組成物、ボード、及び耐火性の向上した石膏ボードの製造方法を記載する。該硬化石膏含有組成物を使用して、シリカゲルの含有に基づいて、耐火性を有する石膏ボードを製造できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのカバーシート間に配置された硬化石膏組成物であって、前記硬化石膏組成物が、スタッコ、水、及び金属ケイ酸塩を含むスラリーから形成される硬化石膏の絡み合ったマトリックスを含む前記硬化石膏組成物
を含む石膏ボードであって；
前記硬化石膏組成物がシリカゲルを含み；及び
前記石膏ボードが、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約４２ｌｂｓ／ｆｔ３の密度及び約５３分より大きい耐火性指数を有する
前記石膏ボード。
【請求項２】
前記金属ケイ酸塩が、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、またはその組合せである、請求項１記載の石膏ボード。
【請求項３】
前記スラリー添加前に、約５〜約１０のｐＨを有する溶液に金属ケイ酸塩が含有されている、請求項１または２記載の石膏ボード。
【請求項４】
前記金属ケイ酸塩が、約０．５〜約５．０の金属酸化物に対するＳｉＯ２の比を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の石膏ボード。
【請求項５】
前記硬化石膏組成物が、前記スタッコの重量に対して、約５重量％未満の量でバーミキュライトをさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の石膏ボード。
【請求項６】
（ａ）前記石膏ボードが、シリカゲルを含まない石膏ボードより少なくとも約３分大きい耐火性指数（ＦＥＩ）を有し；
（ｂ）前記石膏ボードを、ＵＬ  Ｕ３０５に従って、試験アセンブリに組み立て、ＡＳＴＭ標準Ｅ１１９−０９の時間−温度曲線に従って加熱したとき、少なくとも、約５５分の耐火性等級を有し；
（ｃ）前記石膏ボードを、ＵＬ  Ｕ３０５に従って、試験アセンブリに組み立て、ＡＳＴＭ標準Ｅ１１９−０９の時間−温度曲線に従って加熱したとき、少なくとも、約６０分の耐火性等級を有し；及び／または
（ｄ）前記石膏ボードを、ＵＬ  Ｕ４１９に従って、試験アセンブリに組み立て、ＡＳＴＭ標準Ｅ１１９−０９の時間−温度曲線に従って加熱したとき、少なくとも、約６０分の耐火性等級を有する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の石膏ボード。
【請求項７】
前記スラリーが、約１．０〜約２．０の水／スタッコ比を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の石膏ボード。
【請求項８】
前記２つのカバーシートの少なくとも１つが、約６０ｌｂｓ／１０００ｆｔ２より大きい基本重量を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の石膏ボード。
【請求項９】
スタッコ、水、及び金属ケイ酸塩を含むスラリーを生成すること、
２つのカバーシート間に前記スラリーを配置して、ボードプレフォームを形成すること、
前記スラリーが断裁するのに十分に硬化した後に、所定寸法の石膏ボードに、前記ボードプレフォームを断裁すること、及び
前記石膏ボードを乾燥すること
を含む石膏ボードの耐火性の向上方法であって；
前記金属ケイ酸塩の少なくとも一部が、シリカゲルに転化し；
前記石膏ボードが、シリカゲルを含まないボードと比較して、耐火性の向上、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約４２ｌｂｓ／ｆｔ３の密度、及び約５３分より大きい耐火性指数を有する、
前記方法。
【請求項１０】
前記スラリー生成前に、約５〜約１０のｐＨを有する溶液中に前記金属ケイ酸塩を含有することをさらに含む、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２０１３年１１月５日に出願された米国特許仮出願第１４／０７２，５９２号（参照することにより、組み入れられるものとする）の優先権を主張する。
【０００２】
技術分野
石膏製品を、一般に、少なくとも、水及びスタッコから生成されるスラリーを用いて製造できる。硫酸カルシウム半水和物（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ）であるスタッコは、水と反応して、硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）である石膏を生成する。石膏ウォールボードは、芯材、表面シート、及び裏面シートを含む複合板であり得る。石膏ウォールボードの密度は、所望の石膏芯材密度を得るのに効果的な量で、スタッコスラリーに、水性泡を添加することにより低下させ得る。該ボードは、単位体積当たりほとんど石膏を含まないので、該ウォールボードの耐火性を伸ばすのに役立つ結晶水はほとんどない。石膏ウォールボードを、通常、内装壁及び天井のドライウォール構造で使用し、火災及び過大な温度上昇の両方に耐えることができるはずである。結果として、石膏ウォールボードを、耐火性／耐炎性（ｆｉｒｅ  ｅｎｄｕｒａｎｃｅ／ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を最大限にする仕様を用いて製造する。
【背景技術】
【０００３】
石膏ウォールボードの耐火性／耐炎性を、ボードが標準火災試験に耐え得る時間により測定する。ウォールボードの耐火性を、ウォールボードが、温度上昇、火炎貫通（ｆｉｒｅ  ｐａｓｓａｇｅ）、及び構造崩壊を回避する能力に従って分類する。建設者、居住者、及び規制主体を含む様々な関係者を有し、共有基準で耐火性を評価するため、火災試験アセンブリを、いくつかの標準配置に分類する。いくつかの共有アセンブリは、Ｕ３０５、Ｕ４１９、及びＵ４２３と呼ばれる試験を有する試験及び認証機関であるＵｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．  （ＵＬ（登録商標））により定義された試験設計を含む。
【０００４】
標準火災試験を、ＡＳＴＭ  Ｅ１１９の要件に従って、通例に実施する。かかる試験では、耐火性分類を、ウォールアセンブリが、過大な温度上昇または火炎貫通、または構造崩壊を示す時間に基づいて確立できる。暴露されていない表面上のいくつかの熱電対により測定した平均温度が、周囲温度上２５０°Ｆ（１２１℃）より高く上昇するとき、またはいずれかの個々の熱電対が、周囲温度上３２５°Ｆ（１６３℃）より高く上昇するとき、かかる試験は上手く行かない。システムの耐火持続時間は、該システムで使用された石膏ボードだけでなく、ウォールアセンブリの厚さ、スタッド形及び間隔、ボードサイズ、断熱タイプ、及び他のパラメーターを含む多くの他の要因に依存する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在の技術は、ウォールボードの耐火性を延長するのに有用であるが、相変わらず、さらなる改良が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、本発明は、２つのカバーシート間に配置された硬化石膏組成物を含む石膏ボードを提供する。該硬化石膏組成物は、少なくとも、スタッコ、水、及び金属ケイ酸塩を含むスラリーから生成した硬化石膏の絡み合ったマトリックスを含む。該硬化石膏組成物は、シリカゲルを含む。該石膏ボードは、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約４２ｌｂｓ／ｆｔ３の密度及び約５３分より大きい耐火性指数（Ｆｉｒｅ  Ｅｎｄｕｒａｎｃｅ  Ｉｎｄｅｘ）を有する。
【０００７】
別の態様では、本発明は、スタッコ、水、及び金属ケイ酸塩を含むスラリーから生成すること、２つのカバーシート間にスラリーを配置してボードプレフォームを形成すること、該スラリーが断裁するのに十分に硬化した後に、ボードプレフォームを所定寸法の石膏ボードに断裁すること、及び該石膏ボードを乾燥することを含む、石膏ボードの耐火性の向上する方法を提供する。該金属ケイ酸塩の少なくとも一部は、シリカゲルに転化する。該石膏ボードは、シリカゲルを含まないボードと比較して、耐火性の向上、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約４２ｌｂｓ／ｆｔ３の密度及び約５３分より大きい耐火性指数を有する。
【０００８】
本発明のこれら及び他の利点、ならびに追加の発明の特徴は、次に続く明細から明白になろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従ったウォールボードについて、バーミキュライト重量％（Ｘ軸）の範囲に対する耐火性指数（ＦＥＩ）（Ｙ軸）を示す散布図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に従ったウォールボード試料のＦＥＩを測定するために使用した小スケール試験装置の構造を示すダイアグラムである。
【図３】図３は、本発明の実施形態に従った、図２に図示した小規模火災試験中に使用した炉の時間（Ｘ軸）に対する温度プロファイル（Ｙ軸）を示す線グラフである。
【図４】図４は、本発明の実施形態に従った、Ｕ４１９試験の耐火性（Ｙ軸）及び図２に図示した小スケール試験の耐火性（Ｘ軸）の間の相関を示す線グラフである。
【図５】図５は、本発明の実施形態に従った小規模火災試験中の実施例２のウォールボードについて、ケイ酸塩重量％（Ｘ軸）の範囲に対するＦＥＩ（Ｙ軸）を示す線グラフである。
【図６】図６は、本発明の実施形態に従った小規模火災試験中の実施例２のウォールボードについて、時間（Ｘ軸）に対する非暴露表面温度（Ｙ軸）を示す線グラフである。
【図７】図７は、本発明の実施形態に従った小規模火災試験中の実施例３のウォールボードについて、ケイ酸塩重量％（Ｘ軸）の範囲に対するＦＥＩ（Ｙ軸）を示す線グラフである。
【図８】図８は、本発明の実施形態に従った小規模火災試験中の実施例３のウォールボードについて、時間（Ｘ軸）に対する非暴露表面温度（Ｙ軸）を示す線グラフである。
【図９】図９は、本発明の実施形態に従った小規模火災試験中の実施例３のウォールボードについて、ケイ酸塩重量％（Ｘ軸）の範囲に対するボード圧縮強度（Ｙ軸）を示す散布図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に従った小規模火災試験中の実施例４のウォールボードについて、ケイ酸塩重量％（Ｘ軸）の範囲に対するＦＥＩ（Ｙ軸）を示す線グラフである。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に従った小規模火災試験中の実施例５のウォールボードについて、ケイ酸塩重量％（Ｘ軸）の範囲に対するボード圧縮強度（Ｙ軸）を示す散布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態は、少なくとも部分的に、シリカゲルを含む石膏製品（例えば、石膏ウォールボード）が、驚くべきことに、そして予想外に、耐火性及び圧縮強度を改良できるという発見を前提としている。本発明の実施形態に従えば、金属ケイ酸塩を、スタッコスラリー（水、スタッコ、及び要望により随意の添加剤）を添加した際、シリカゲルが、製造過程中に、現場で生成できることが分かった。シリカゲルのポリマー性の高度架橋網目構造は、石膏マトリックスに対して、耐火性及び強度の両方を付与できる。いかなる特定の理論に束縛されることを望まないが、シリカゲルの親水性特性及びシリカゲルと石膏間のナノスケール相互作用が、それぞれ、耐火性及び強度を向上させる結果をもたらすと考えられる。本発明の製品は、シリカゲルを全く含まない、または少量含む均等な密度（及び、ボードの場合、厚さ）の製品より、大きな耐火性及び圧縮強度を有し得る。該石膏製品は、ウォールボード、天井パネル（例えば、天井タイルまたはボード）、吸音タイル、ジョイントコンパウンド、または同様な形態であり得る。
【００１１】
シリカゲルは、金属ケイ酸塩から合成的に製造できる二酸化ケイ素の多孔体である。シリカゲルは、一般に、水及び他の小分子を吸着する性能のため、乾燥剤及び濾過剤として使用される非晶質固体である。シリカゲルの多孔性及び大きな表面積が、容易に水を吸着する物質にできる一方、Ｓｉ−Ｏ結合の部分双極は、シリカゲルを、水分子と水素結合させることを可能としている。本発明の実施形態に従えば、金属ケイ酸塩は、石膏製品の製造中に、現場で、シリカゲルを生成できる。
【００１２】
金属ケイ酸塩は、スタッコスラリー中で、シリカゲルに転化し、耐火性及び強度の向上した石膏ボードを製造できる。当技術分野では、軽量石膏ボードは、高熱条件下で収縮する傾向が特にあると、一般に考えられている。シリカゲルは、火災にさらされたときなど、高温で体積が減少し得るので、シリカゲルが、耐火試験中に最小の収縮しか経験しないで、軽量ボードの耐火性を向上できることは、驚くべきことで、予想できない発見であった。従って、いくつかの実施形態では、金属ケイ酸塩を、石膏スラリーに添加して、軽量石膏ボード（例えば、約４２ｌｂ／ｆｔ３未満、約４０ｌｂ／ｆｔ３未満、約３８ｌｂ／ｆｔ３未満、約３５ｌｂ／ｆｔ３未満、約３３ｌｂ／ｆｔ３未満、及びそれ未満のボード密度）を形成できる。
【００１３】
いずれかの適切な金属ケイ酸塩をスタッコ組成物に添加して、石膏製品の耐火性及び圧縮強度を向上できる。例えば、いくつかの実施形態では、金属は、ナトリウム、カリウム、またはリチウムである。いくつかの実施形態では、異なる金属ケイ酸塩の組合せを、スラリー状のスタッコ組成物に添加し、石膏製品の耐火性及び圧縮強度を向上できる。シリカゲルに転化できるいずれかの金属ケイ酸塩は、本発明に適切である。例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、またはそのいずれかの組合せなどのアルカリ金属ケイ酸塩は、本発明に適切である。
【００１４】
金属ケイ酸塩または金属ケイ酸塩の混合物を、いずれかの適切な量で、スタッコに添加できる。該金属ケイ酸塩を、それ自体で（固体で）、またはスラリーまたは溶液などの湿った形態で添加できる。特に明記されない限り、本明細書に記載の金属ケイ酸塩の量は、該金属ケイ酸塩を含み得る溶液またはスラリー全体の重量ではなく、該金属ケイ酸塩の活性な希釈されていない重量を表す。
【００１５】
いくつかの実施形態では、金属ケイ酸塩を、スタッコの重量に対して、約０．０１重量％より大きな量で添加する。例えば、金属ケイ酸塩を、スタッコの重量に対して、約０．０１重量％〜５重量％の量で添加できる。他の実施形態では、金属ケイ酸塩を、スタッコの重量に対して、約０．０１重量％〜１重量％の量で、スタッコに添加する。本発明の実施形態では、スタッコに添加される金属ケイ酸塩の量は、例えば、表１Ａ及び１Ｂのリストの通りであり得る。該表中、「Ｘ」は、「約［最上行の対応する値］〜約［最左列の対応する値］」の範囲を表す。指定値は、スタッコの重量に対して、添加された金属ケイ酸塩の量を重量基準で表す。表示を簡略化するため、各値は、「約」その値と表すと理解されるだろう。例えば、表１Ａ中の最初の「Ｘ」は、「約０．０１％〜約０．０５％」の範囲である。該表の範囲は、開始点と終点の間、及び開始点と終点を含む。
【００１６】
【表１Ａ】
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【００１７】
【表１Ｂ】
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【００１８】
いくつかの実施形態では、該金属ケイ酸塩成分は、水ガラスまたは液体ガラスとしても公知のケイ酸ナトリウムであり得、これは、シリカゲルに転化する。これらの実施形態では、該ケイ酸ナトリウムを、唯一の金属ケイ酸塩成分として、あるいは、別の金属ケイ酸塩と併用して使用できる。ケイ酸ナトリウムは、工業及び消費製品両方の製造で、通常に使用される塩基性無機化合物ある。水に易溶であるので、ケイ酸ナトリウムは、しばしば、水性液として固体である。
【００１９】
本発明に従って使用される金属ケイ酸塩を、いずれかの適切な方法で合成できる。例えば、例証するため、いくつかの実施形態では、ケイ酸ナトリウムを、平炉内、高温で、高純度珪砂（ＳｉＯ２）及びソーダアッシュ（Ｎａ２ＣＯ３）を溶融することにより製造できる。最初に、ソーダアッシュ及び珪砂を、１１００℃〜１３００℃で融解して、ＳｉＯ２及びＮａ２Ｏから成るカレットとして知られる非晶質固体ガラスを生成する。次に、容器中、圧力下で、カレットを水に溶解する。得られた溶液は、時々、水ガラスと呼ばれ、本発明のいくつかの実施形態では、スタッコスラリー中で直接使用できる。いくつかの実施形態では、ケイ酸塩を含む製品の特性を、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ重量比を変えることにより操作できる。必要ならば、該ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ比を、水ガラスに、異なる量の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を添加することにより変えられる。他の金属ケイ酸塩を、同じ方法で、一般に合成できる。金属ケイ酸塩は、溶液として、または固相で一般に市販されており、広範囲な特性を有し得る。
【００２０】
金属ケイ酸塩を、しばしば、様々な比で配合したＳｉＯ２及びＭｘＯ（式中、Ｍは金属であり、ｘ・１）の水溶液の一般名として使用し、該溶液のＳｉＯ２／ＭｘＯ比に基づいたグレードにより同定できる。例証のため、ケイ酸ナトリウムは、様々な比で配合したＳｉＯ２及びＮａ２Ｏの水溶液の一般名であり得、該溶液のＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ比に基づいたグレードにより同定できる。
【００２１】
本発明の金属酸化物に対するＳｉＯ２の比は、いずれかの適切な比であり得る。いくつかの実施形態では、該金属酸化物に対するＳｉＯ２の比は、約０．５〜約５である。他の実施形態では、該金属酸化物に対するＳｉＯ２の比は、約２〜約４である。本発明の実施形態では、該金属酸化物に対するＳｉＯ２の比は、例えば、表２中にリストされた通りであり得る。該表中、「Ｘ」は、「約［最上行の対応する値］〜約［最左列の対応する値］」の範囲を表す。指定値は、該金属酸化物に対するＳｉＯ２の比を表す（表２）。表示を簡略化するため、各値は、「約」その値と表すと理解されるだろう。例えば、表２中の最初の「Ｘ」は、「約０．５：１〜約１：１」の範囲である。該表の範囲は、開始点と終点の間、及び開始点と終点を含む。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
スタッコに添加される金属ケイ酸塩溶液は、いずれかの適切なｐＨを有し得る。本発明のいくつかの実施形態では、約１０未満のｐＨを有する金属ケイ酸塩溶液とスタッコを配合することにより製造された、ウォールボードなどの石膏製品は、該石膏製品に、改良された耐火性及び圧縮強度を付与する。従って、いくつかの実施形態では、該金属ケイ酸塩は、約５〜約９、約５〜約８、約５〜約７、約５〜約６、約６〜約１０、約６〜約９、約６〜約８、約６〜約７、約７〜約１０、約７〜約９、または約７〜約８などの約５〜約１０のｐＨを有する。
【００２４】
例えば、いくつかの実施形態では、スタッコに添加される該金属ケイ酸塩溶液のｐＨは、少なくとも約５〜約１０未満である。いくつかの実施形態では、ケイ酸ナトリウムの場合などでは、約１０以上（例えば、約１０〜約１３のｐＨ）を有する溶液は、スタッコから石膏の生成中に悪影響をもたらし得ることが分かった。従って、いくつかの実施形態では、該組成物、ウォールボード、または方法は、少なくとも約１０のｐＨを有するケイ酸塩を「実質的に非含有」であり得、これは、該組成物、ウォールボード、または方法が、（ｉ）スタッコの重量に対して０重量％、または少なくとも約１０のｐＨを有するようなケイ酸塩のない、または（ｉｉ）無効な量もしくは（ｉｉｉ）取るに足らない量の少なくとも約１０のｐＨを有するケイ酸塩のいずれかを含むことを意味する。無効な量の例は、当業者が認識するような、少なくとも約１０のｐＨを有するようなケイ酸塩の使用の意図した目的を達成する閾量未満の量である。量は、当業者が認識するような、スタッコの重量に対して、例えば、約０．２重量％未満、約０．１重量％未満、または約０．０１重量％未満などの約０．５重量％未満であり得る。
【００２５】
しかしながら、必要に応じて、別の実施形態では、少なくとも約１０のｐＨを有する金属ケイ酸塩溶液を、該組成物、ウォールボード、または方法で、特に、いかなる悪影響も許容または軽減される場合に使用できる。いくつかの実施形態では、約１０より高いｐＨを有する金属ケイ酸塩は、耐火性及び圧縮強度を向上できることが分かった。従って、いくつかの実施形態では、該金属ケイ酸塩溶液のｐＨは、約１０〜約１２、約１０〜約１１、約１１〜約１３、約１１〜約１２、または約１２〜約１３などの約１０〜約１３であり得る。いくつかの実施形態では、該組成物、ウォールボード、または方法は、約１０未満のｐＨを有するケイ酸塩を「実質的に非含有」であり得、これは、該組成物、ウォールボード、または方法が、（ｉ）スタッコの重量に対して０重量％、または約１０未満のｐＨを有するようなケイ酸塩のない、または（ｉｉ）無効な量もしくは（ｉｉｉ）取るに足らない量の約１０未満のｐＨを有するケイ酸塩のいずれかを含むことを意味する。無効な量の例は、当業者が認識するような、約１０未満のｐＨを有するようなケイ酸塩の使用の意図した目的を達成する閾量未満の量である。量は、当業者が認識するような、スタッコの重量に対して、例えば、約０．２重量％未満、約０．１重量％未満、または約０．０１重量％未満などの約０．５重量％未満であり得る。
【００２６】
いくつかの実施形態では、金属ケイ酸塩を、スタッコスラリー中、現場で転化して、水ガラス技術によりシリカゲルを生成できる。水ガラス処理中、酸をケイ酸塩に添加しｐＨを低下させて、該ケイ酸塩の加水分解をもたらし、ケイ酸を生成する。ケイ酸分子のシラノール基（−Ｓｉ−ＯＨ）は、自然に縮合して、ポリマー（すなわち、シリカゲル）を生成できる。ケイ素が四価である性質は、ケイ酸が４つの新しいケイ素−酸素結合を生成することを可能とし、高度に架橋したシリコン系ポリマーを生成できる。この過程を経て、該分子は、大きな三次元網目構造物となる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、金属ケイ酸塩を、スタッコ添加前に、酸で中和する。ボード製造工程のため、シリカゲル生成は、酸を該金属ケイ酸塩に添加した後、約２〜約１２０分に起こることが好ましい。実際のボード製造のため、該ケイ酸塩溶液を、該スタッコ組成物中にポンプで注入するので、該ケイ酸塩溶液は、該スタッコスラリーへの添加前に、良好な流動性を有していなければならない。もし、ポンプ注入より前のシリカゲルならば、該ケイ酸塩は、ポンプ注入するのは困難であろう。ゲル生成時間は、該金属ケイ酸塩の開始濃度、酸添加後の該溶液のｐＨ、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ比、及び使用した酸の種類／濃度を含む要因に依存する。
【００２８】
いくつかの実施形態では、酸添加前に、該金属ケイ酸塩溶液を、所望の濃度を得るように水で希釈する。他の実施形態では、酸添加前に、固体金属ケイ酸塩を、所望の濃度を有する溶液を得るように水と混合する。該金属ケイ酸塩溶液は、いずれかの十分な濃度であり得る。いくつかの実施形態では、該金属ケイ酸塩溶液は、水中の金属ケイ酸塩量に基づいて、約０．１％〜約１０％の濃度を有する。他の実施形態では、該金属ケイ酸塩溶液は、約０．１％〜約４％の濃度を有する。該金属ケイ酸塩溶液の濃度は、好ましくは、約３％〜約４％である。
【００２９】
いずれかの十分な酸を、中和するために、金属ケイ酸塩に添加できる。例えば、硝酸、酢酸及び加水分解硫酸アルミニウムなどの酸を使用できる。いくつかの実施形態では、塩酸（２０％濃度）及び硫酸（９８％濃度）などの強酸を使用する。本発明のため、硫酸は、塩素イオンの存在がボード強度に悪影響を及ぼすため、塩酸より一般に好ましい。
【００３０】
好ましい実施形態では、十分な量の酸を該ケイ酸塩溶液に添加して、約５〜約１０のｐＨを有する溶液を生成する。いくつかの実施形態では、スタッコスラリーと配合したとき、該ケイ酸塩溶液のｐＨは低下する。ケイ酸塩溶液が約５〜約８のｐＨを有するとき、ゲル生成は最も速い。いくつかの実施形態では、十分な酸を、該ケイ酸塩溶液に添加して、約６〜約８のｐＨを有する溶液を生成する。本発明の実施形態では、ケイ酸塩への酸添加後の該ケイ酸塩溶液のｐＨは、例えば、表３にリストされたものであり得る。該表中、「Ｘ」は、「約［最上行の対応する値］〜約［最左列の対応する値］」の範囲を表す。指定値は、酸添加後の該ケイ酸塩溶液のｐＨを表す（表３）。表示を簡略化するため、各値は、「約」その値と表すと理解されるだろう。例えば、表３中の最初の「Ｘ」は、「約５〜約５．５」の範囲である。該表の範囲は、開始点と終点の間、及び開始点と終点を含む。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
該ケイ酸塩溶液を、少なくともスタッコと配合して、より優れた耐火性及び強度を有するウォールボードを形成できる。いくつかの実施形態では、硬化石膏組成物を、２つのカバーシート間に配置し、該硬化石膏組成物は、少なくとも、スタッコ、水、及び金属ケイ酸塩を含むスラリーから生成された硬化石膏の絡み合ったマトリックスを含む。いくつかの実施形態では、金属ケイ酸塩を、乾燥スタッコと配合する。他の実施形態では、該金属ケイ酸塩固体物または溶液を、スタッコスラリーに直接添加する。ケイ酸塩を含む該スタッコスラリーを、２つのカバーシート間に配置する。該スラリーが、断裁するのに十分に硬化した後、該ボードプレフォームを、所定寸法のボードに断裁する。該ボードを乾燥する。特定の理論に束縛されることを望まないが、該スタッコが水和して石膏を生成するので、ケイ酸塩濃度は、シリカゲルのより速く生成を開始しながら増加する。該ボードを高温で乾燥するので、シリカゲルを生成する重合反応は完結し得る。
【００３３】
いくつかの実施形態では、ケイ酸塩を、スタッコへの添加前に、部分的に重合できる。他の実施形態では、ケイ酸塩を、該スラリー中に部分的に重合できるが、高温にさらされたとき、例えば、過剰の水を除去する乾燥工程用のキルン内で、シリカゲルに完全に転化する。いくつかの実施形態では、該ケイ酸塩は、キルンから出たときでさえ、完全に重合していない。該シリカゲルが、本発明に従って、シリカゲルを含まない石膏製品の圧縮強度と比較して、該石膏製品の圧縮強度を増大するのに十分な量である限り、いずれかのシリカゲルに対するケイ酸ナトリウムの比は十分である。
【００３４】
上記のように、シリカゲルへのケイ酸塩の重合度は、約５０％以上（すなわち、１：１の比）、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、９５％以上、及び９９％以上などのいずれかの適切な量であり得る。しかしながら、より小さい重合度は、本発明のいくつかの実施形態の耐火性及び強度増強の完全な利益を得られない。従って、いくつかの実施形態では、硬化石膏組成物は、該硬化石膏組成物中、金属ケイ酸塩量より多い量のシリカゲルを含むことが好ましい。いくつかの実施形態では、該硬化石膏組成物中、金属ケイ酸塩に対するシリカゲルの比が、例えば、少なくとも約２：１、少なくとも約３：１、少なくとも約４：１、少なくとも約５：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約２０：１、少なくとも約５０：１、少なくとも約７５：１、少なくとも約８０：１、少なくとも約９０：１、少なくとも約９５：１、少なくとも約９７：１、少なくとも約９９：１である、またはシリカゲルに完全に重合（１００％）していることが好ましい。
【００３５】
いくつかの実施形態では、バーミキュライトなどの高熱膨張添加物を、耐火性を改良するため、金属ケイ酸塩を含むスラリー処方物に添加できる。本明細書で使用されるとき、バーミキュライトは、より大きな耐火性を付与しながら加熱膨張し得る、アルミニウム、マグネシウム、及び鉄の含水ケイ酸塩鉱物の群に対して使用される語である。しかしながら、過剰量のバーミキュライトを軽量ボードの製造に使用するとき、バーミキュライト粒子の膨張が、スポーリング及び崩壊をもたらし得る。バーミキュライトなどの高熱膨張添加物は、使用するのは費用がかかり得、耐火性の効果的な向上は、しばしば、特定のバーミキュライト含有量閾値で横ばいである。図１に見られるように、２．７重量％から３．６重量％へのバーミキュライト量の増加は、耐火性指数（ＦＥＩ）で３．５分の増加をもたらし、一方では、３．６重量％から５．４重量％へのバーミキュライト量の増加は、ＦＥＩで１分未満の増加しかもたらさない。結果として、バーミキュライト含有量を、約３．６重量％未満であるとき、最も高い費用便益を得られる。
【００３６】
ケイ酸塩及びバーミキュライトの組合せは、いくつかの実施形態に従えば、石膏ボードの耐火性を向上させ得る。１つ以上の金属ケイ酸塩と併用して、減少させた量のバーミキュライトなどの高膨張粒子を、いくつかの実施形態で、該スタッコスラリー中に含み得る。例えば、１つの利点は、バーミキュライトは、シリカゲルを含むボードの収縮を低減できることである。シリカゲルは、高温で、シリカ（ＳｉＯ２）に転化し、石膏品の体積収縮をもたらし得る。石膏組成物の体積収縮は、石膏芯材を通してより速い熱伝達をもたらす。バーミキュライトなどの高熱膨張添加物の添加は、この収縮を補う助けをし得る。
【００３７】
いくつかの実施形態では、減少させた量のバーミキュライトなどの高膨張粒子を含む。例えば、より少量のバーミキュライトを用いて製造した耐火等級ボードは、驚くべきことに、及び予想外に、耐火性を増強させ、さらに、製造中、より少ない経費しか必要としない。いくつかの実施形態では、該スタッコスラリー中のバーミキュライト量は、約５重量％以下、例えば、４重量％以下、３重量％以下、２重量％以下、１重量％以下、０．５重量％以下、または０．１重量％以下である。前述の終点の各々は、下限、数的に適切に、例えば、０．００１重量％、０．０１重量％、０．０５重量％、０．１重量％、０．５重量％、１重量％、１．５重量％、または２重量％からの範囲を有し得る。
【００３８】
いくつかの実施形態では、バーミキュライトを、いずれかの十分な量で、スラリー状で該スタッコ組成物に添加できる。「グレード５」未膨張バーミキュライト（約０．０１５７インチ（０．４０ｍｍ）未満の定型の粒径を有する）と呼ばれるような比較的低膨張なバーミキュライト、またはグレード５バーミキュライト（米国グレードシステム）と比較して、高体積の膨張を有するバーミキュライトの形態の高膨張微粒子及び他の低膨張バーミキュライトを利用してもよい。他の実施形態では、異なるグレードシステムで規格化される高膨張バーミキュライトを使用できる。かかる高膨張バーミキュライトは、本明細書で述べたものの特色を示す実質的に同様な膨張及び／または耐熱特性を有するべきである。例えば、いくつかの実施形態では、欧州、南米、または南アフリカのグレード０（ミクロン）またはグレード１（微細）として分類されたバーミキュライトを使用できる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、使用した該高膨張バーミキュライトは、様々な供給源より商業的に入手可能な市販の米国グレード４を含み得る。営業生産者は、例えば、モース硬度、含水率、自由水分、かさ密度、特定比率（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｒａｔｉｏ）、アスペクト比、カチオン交換容量、溶解性、ｐＨ（希釈水）、膨張比、膨張温度、及び融点などの該高膨張バーミキュライトの物理的特性の仕様を提供できる。高膨張バーミキュライトの異なる供給源を使用する異なる実施形態では、これらの物理的特性は異なるだろうと考えられる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、該高膨張バーミキュライト微粒子は、一般に、該石膏パネルの芯材部分の至る所に分布している。他の実施形態では、該高膨張バーミキュライト微粒子は、一般に、該石膏パネルの芯材部分の至る所に、均一に分布している。該高膨張バーミキュライトは、該芯材のいずれかの低密度部分の至る所に、ランダムに分布している。いくつかの実施形態では、該パネル面に隣接するいずれかの高密度石膏層または該パネル端部に沿ったより高密度を有する該芯材部分に、異なるバーミキュライト分布を有することが望ましい。他の実施形態では、該高膨張バーミキュライトは、該パネルの硬化した端部及び面などの該パネルのそれらの高密度部分から、実質的に除外され得る。バーミキュライト粒子含有率及び該パネルの高密度部分中の分布のかかる差異は、エッジミキサーの使用、または当業者に公知の他の手段による該パネルの低密度芯材部分のスラリー中に、他の適切な手段による該バーミキュライトを導入することにより、該パネルのそれらの部分の使用のための芯材スラリーミキサーから、芯材スラリーを引き出した結果であり得る。
【００４１】
本発明の実施形態では、バーミキュライトの量は、例えば、表４にリストした通りであり得る。該表中、「Ｘ」は、「約［最上行の対応する値］〜約［最左列の対応する値］」の範囲を表す。指定値は、スタッコ量に対するバーミキュライトの重量％を表す。表示を簡略化するため、各値は、「約」その値と表すと理解されるだろう。例えば、表４中の最初の「Ｘ」は、「約０％〜約０．２％」の範囲である。該表の範囲は、開始点と終点の間、及び開始点と終点を含む。
【００４２】
【表４】
2016540714.tif 000007
【００４３】
いくつかの実施形態では、シリカゲルは、バーミキュライトなどの高膨張材料の低コスト代替品としての役割を果たし得る。従って、いくつかの実施形態では、所望のウォールボードを、バーミキュライトなどの高膨張材料を実質的に含まないスラリーから形成する。加えて、いくつかの実施形態では、該ボードまたはボードの製造方法は、バーミキュライトなどの高膨張材料を「実質的に非含有」であり得、これは、該スラリー、ウォールボード、または方法が、（ｉ）スタッコの重量に対して０重量％、もしくはかかるバーミキュライトなどの高膨張材料を全く含まない、あるいはバーミキュライトなどの高膨張材料の（ｉｉ）無効なもしくは（ｉｉｉ）取るに足らない量を含む。無効な量の例は、当業者が認識するような、バーミキュライトなどの高膨張材料の使用用途を達成する閾値量未満の量である。量は、例えば、当業者が認識するようなスタッコの重量に対して、約２重量％未満、約１重量％未満、約０．５重量％未満、約０．２重量％未満、約０．１重量％未満、または約０．０１重量％未満などの約５重量％未満であり得る。しかしながら、別の実施形態では、必要に応じて、かかる成分を、該組成物、ウォールボード、または方法に含み得る。
【００４４】
いくつかの実施形態では、金属ケイ酸塩の量は、スタッコの重量に対して、約０．０１重量％未満の量で金属ケイ酸塩を有する硬化石膏芯材と比較して、硬化石膏芯材の圧縮強度を増強するために効果的である。本発明のボードは、いくつかの実施形態で、ＡＳＴＭ  Ｃ４７３−１０試験方法（例えば、ＡＳＴＭ  Ｃ４７３−１０、Ｂ法）を参照するＡＳＴＭ  Ｃ１３９６標準を満足できる圧縮強度を有する。本発明の実施形態では、圧縮強度は、例えば、表５にリストした通りであり得る。該表中、「Ｘ」は、「約［最上行の対応する値］〜約［最左列の対応する値］」の範囲を表す。指定値は、ｐｓｉの単位で、ボードの圧縮強度を表す（表５）。表示を簡略化するため、各値は、「約」その値と表すと理解されるだろう。例えば、表５中の最初の「Ｘ」は、「約２００ｐｓｉ〜約２２０ｐｓｉ」の範囲である。該表の範囲は、開始点と終点の間、及び開始点と終点を含む。
【００４５】
【表５】
2016540714.tif 000008
【００４６】
一般に、石膏ウォールボードが、熱応力下にあるとき、熱エネルギーは、最初に、硫酸カルシウムと結合した水分子の蒸発に向けられる。石膏に熱に対する高い耐性を付与するのは、それらの２つの水分子である。２１５°Ｆ（１０２℃）に達すると、水分子は追い出され、硫酸カルシウム半水和物が生成される。温度が２５０°Ｆ（１２１℃）に達するとき、残りの水を失い、石膏が無水硫酸カルシウムに転化する。両反応は吸熱であり、二水和物から無水に「か焼」されるとき、石膏が熱を吸収することを意味する。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、芯材のあらゆる所での親水性シリカゲル網目構造物の生成が、耐火性及び圧縮強度の改良をもたらすと考えられる。火災中、か焼中の石膏芯材から放出される水分が、シリカゲル表面に吸着するとさらに考えられる。該シリカゲル表面からの水を蒸発させるのに要する追加のエネルギーが、ボードの温度を効果的に低下させて、より高い耐火性をもたらすと考えられる。多孔性のシリカゲルの三次元網目構造物が、火災中のか焼の間ずっと石膏に近接するため、ナノスケールで、水分を効果的に吸着できることも考えられる。
【００４７】
いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、シリカゲルの３次元網目構造物が、該芯材の至る所に分布し、ナノスケールで、石膏結晶と絡み合っていることも考えられる。該シリカゲルが、石膏結晶の周囲を囲み、石膏ボードの形成中に、該石膏結晶に力を加えて、該芯材により結合性を提供すると考えられる。シリカゲルは、ボード構造物内で網目構造を強化するように作用して、その圧縮強度を改良する。
【００４８】
該スタッコスラリー中の水量は、米国特許出願第１４／０５４６８９号（スタッコに対する水の比に関して、参照することにより本明細書に組み入れられる）に記載の通り、石膏製品の耐火性に影響し得る。いくつかの実施形態では、該スラリーは、約０．７〜約２．０のスタッコに対する水の比を有し得る。他の実施形態では、該スラリーは、約１．０〜約２．０のスタッコに対する水の比を有し得る。他の実施形態では、該スラリーは、約１．２〜約２．０のスタッコに対する水の比を有し得る。
【００４９】
実施形態では、本発明は、２つのカバーシート間に配置された硬化石膏組成物を含む石膏ボードを提供し、該硬化石膏組成物は、少なくとも、スタッコ、水、及び金属ケイ酸塩を含むスラリーから形成される硬化石膏の絡み合ったマトリックスを含む。該スラリーは、約１．２〜約２．０のスタッコに対する水の比を有する。該石膏ボードは、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約４２ｌｂｓ／ｆｔ３の密度、ＡＳＴＭ  Ｃ４７３−０９（例えば、ＡＳＴＭ  Ｃ４７３−０９、Ｂ法）に従って測定したとき、少なくとも約７０ｌｂｓの力の釘引抜き耐性（ｎａｉｌ  ｐｕｌｌ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、及び約５０分より大きいＦＥＩを有する。
【００５０】
本発明を、様々な硬化石膏含有製品を製造するために、当技術分野で使用されるものと同様な組成物及び方法を用いて実践できる。芯材では、結晶マトリックスを生成するために使用されるスタッコ（または焼石膏（ｃａｌｃｉｎｅｄ  ｇｙｐｓｕｍ））成分は、通常、天然または合成供給源からのβ型硫酸カルシウム半水和物、水溶性硫酸カルシウム無水物、α型硫酸カルシウム半水和物、またはいずれかもしくはこれら全ての組合せを含む、から本質的に成る、またはから成る。いくつかの実施形態では、該スタッコは、粘土または石膏供給源と関連するもしくはか焼、処理及び／または送達中に添加される他成分などの非石膏ミネラル類を含み得る。
【００５１】
該石膏芯材は、本発明の実践において、所望の特性を付与するため、及び、例えば、適切な水性泡剤、急結剤、凝結遅延剤、再か焼防止剤、結合剤、接着剤、均展剤もしくは抗均展剤、殺菌剤、殺真菌剤、ｐＨ調製剤、着色剤、補強材料、難燃剤、撥水剤、フィラー、耐変形剤、及びその組合せなどの製造を容易にするため、常例の量で通常の添加剤を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ナフタレン硫酸塩、ポリカルボン酸塩、またはヒドロキシアルキル化化合物などの分散剤を使用できる。加えて、該石膏芯材は、ホスホン酸及び／またはホスホン酸塩化合物、リン酸及び／またはリン酸塩化合物、カルボン酸及び／またはカルボン酸塩化合物、及びその組合せなどの添加剤を含み得る。
【００５２】
米国特許第６，４０９，８２５号（急結剤に関して、参照により本明細書に組み入れられる）に記載の急結剤を、本発明の石膏含有組成物で使用できる。１つの望ましい耐熱急結剤（ＨＲＡ）を、粉末セッコウ（硫酸カルシウム二水和物）の乾式研磨から製造できる。糖、ブドウ糖、ホウ酸、及びデンプンなどの少量の添加剤（通常、約５重量％）を、このＨＲＡを製造するために使用できる。糖、またはブドウ糖は、現在、好ましい。別の有用な急結剤は、米国特許第３，５７３，９４７号（急結剤に関して、参照により本明細書に組み入れられる）に記載の「気候安定化急結剤（ｃｌｉｍａｔｅ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）」または「気候安定性急結剤（ｃｌｉｍａｔｅ  ｓｔａｂｌｅ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）」（ＣＳＡ）である。
【００５３】
いくつかの実施形態では、トリメタリン酸塩化合物を、該ボードの強度を増強及び該石膏製品の永久変形を減少させるため、該芯材の製造に使用される石膏スラリーに添加する。トリメタリン酸塩化合物などのポリリン酸塩を含む石膏組成物は、米国特許第６，３４２，２８４号（トリメタリン酸塩化合物に関して、参照により本明細書に組み入れられる）に記載されている。実例となるトリメタリン酸塩としては、Ａｓｔａｒｉｓ，  ＬＬＣ．（ミズーリ州セントルイス）から入手可能なものなどのトリメタリン酸のナトリウム塩、カリウム塩またはリチウム塩が挙げられる。
【００５４】
いくつかの実施形態では、成形ライン上のボード製造のため、適切なレオロジーを得るように増粘剤を使用できる。該スタッコスラリーの流動性を十分に低下させるのに要するいずれかの増粘剤を、該スラリーに添加できる。例えば、シリカヒューム、ポルトランドセメント、フライアッシュ、粘土、セルロース系繊維、及びその混合物を、該石膏組成物に添加できる。これは、２００ｆｔ／分より速いライン速度のライン上のスラリーを増粘するために最も有利である。ポリアクリルアミドなどの高分子量ポリマーも、該スラリーの流動性を低下させるために、該石膏スラリーに添加できる。いくつかの実施形態では、増粘剤または増粘剤混合物を、該スタッコの重量に対して、約１０重量％未満で、該スラリーに添加してもよい。
【００５５】
本発明の実施形態では、該硬化石膏製品中に、空隙、例えば、小さい気泡を得るために、起泡剤を使用できる。泡を泡ポンプにより、スタッコ石膏スラリー中に導入してもよい。あるいは、液体石鹸を、スタッコ石膏スラリーに直接添加してもよい。多くのかかる起泡剤は周知であり、例えば、ＧＥＯ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（ペンシルバニア州アンブラー）から容易に商業的に入手可能である。例えば、米国特許第４，６７６，８３５号、同第５，１５８，６１２号、同第５，２４０，６３９号、及び同第５，６４３，５１０号（起泡剤に関して、参照により本明細書に組み入れられる）参照。
【００５６】
多くの場合、その強度を維持する助けのために、該石膏製品中の気泡を生成するのが好ましいだろう。これを、焼石膏スラリーと接触するとき、比較的不安定である泡を生成する起泡剤の使用により遂行できる。例えば、これを、比較的安定な泡を生成することが公知である少量の起泡剤と、比較的不安定な泡を生成することが公知である多量の起泡剤との混合により遂行する。
【００５７】
かかる起泡剤混合物を、「オフライン」、すなわち、発泡石膏製品の製造工程から分離して予め混合できる。しかしながら、かかる起泡剤を、該工程の不可欠な「オンライン」部分として、同時に及び継続的に混合することが好ましい。例えば、異なる起泡剤の別々の流れのポンプ注入により、及び該焼石膏スラリーに添加し、混合する水性泡の流れを生成するために使用される泡発生器で、またはちょうどその前に、一緒の流れを導くことにより、これを遂行できる。この方法で混合することにより、混合物中の起泡剤の比は、該発泡硬化石膏製品の所望の泡特性を得るため、単純に及び効果的に、（例えば、別々の流れの１つまたは両方の流速を変えることにより）調節できる。かかる調節を必要とするかどうかを決定するため、最終製品の検査に応じて、かかる調節が施されるだろう。かかる「オンライン」混合及び調節のさらなる記載を、米国特許第５，６４３，５１０号、及び米国特許第５，６８３，６３５号（起泡剤に関して、参照により本明細書に組み入れられる）で見ることができる。
【００５８】
不安定な泡を生成するのに有用な起泡剤の１つのタイプの例は、式
ＲＯＳＯ３  Ｍ      （Ｑ）
（式中、Ｒは２〜２０個の炭素原子を含むアルキル基であり、Ｍはカチオンである）
を有する。好ましくは、Ｒは、８〜１２個の炭素原子を含むアルキル基である。
【００５９】
安定な泡を生成するのに有用な起泡剤の１つのタイプの例は、式
ＣＨ３（ＣＨ２）ｘＣＨ２（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｙＯＳＯ３  Ｍ      （Ｊ）
（式中、Ｘは２〜２０の数であり、Ｙは０〜１０の数であり、起泡剤の少なくとも５０重量％中、０より大きく、Ｍはカチオンである）
を有する。
【００６０】
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、式（Ｑ）起泡剤及び式（Ｊ）起泡剤（式中、Ｙは、０である）の一部が一緒に、起泡剤の得られた混合物の８６〜９９重量％を構成するように、上式（Ｑ）及び（Ｊ）を有する起泡剤を、一緒に混合する。
【００６１】
本発明のいくつかの好ましい実施形態では、該水性泡を、式
ＣＨ３（ＣＨ２）ｘＣＨ２（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｙＯＳＯ３  Ｍ      （Ｚ）
（式中、Ｘは、２〜２０の数であり、Ｙは、０〜１０の数であり、起泡剤の少なくとも５０重量％中、０であり、Ｍは、カチオンである）
を有する。好ましくは、式（Ｚ）起泡剤の８６〜９９重量％中、Ｙは０である。
【００６２】
泡を、低芯材密度及びパネル重量を提供する量で、該芯材スラリーに導入できる。適切な量、処方及び工程で、該芯材スラリーの泡導入は、最終乾燥パネルの芯材内に、気泡の所望の網目構造及び分布、ならびに気泡間の壁を生成できる。いくつかの実施形態では、該泡組成物及び泡導入システムにより得られる気泡サイズ、気泡間の分布及び／または壁厚さは、以下に述べるもの、ならびに、該パネルに匹敵する密度、強度及び関連特性を提供するものに従う。この気泡構造は、石膏及び他の芯材構成物ならびに芯材密度及び重量の減少を可能とし、一方、とりわけ、芯材圧縮強度、及びパネル剛性、曲げ強度、釘引抜き耐性などのパネル強度特性を実質的に維持する（または、場合によっては、改良する）。
【００６３】
いくつかのかかる実施形態では、該気泡の平均等価球径は、少なくとも約７５μｍであり、他の実施形態では、少なくとも約１００μｍであり得る。他の実施形態では、該気泡の平均等価球径は、約７５μｍ〜約４００μｍであり得る。さらに他の実施形態では、該気泡の平均等価球径は、約１００〜約２２５の標準偏差を含んで、約１００μｍ〜約３５０μｍであり得る。他の実施形態では、該気泡の平均等価球径は、約１００〜約２００の標準偏差を含んで、約１２５μｍ〜約３２５μｍであり得る。
【００６４】
いくつかの実施形態では、該気泡の約１５％〜約７０％は、約１５０μｍ以下の等価球径を有する。他の実施形態では、該気泡の約４５％〜約９５％は、約３００μｍ以下の等価球径を有し、該気泡の約５％〜約５５％は、約３００μｍ以上の等価球径を有する。他の実施形態では、該気泡の約４５％〜約９５％は、約３００μｍ以下の等価球径を有し、該気泡の約５％〜約５５％は、約３００μｍ〜約６００μｍの等価球径を有する。本明細書中、平均気泡サイズの考察では、気泡数または平均気泡サイズを算出するとき、約５μｍ以下である石膏芯材の泡は考慮していない。
【００６５】
これら及び他の実施形態では、かかる実施形態の泡間の壁の厚さ、分布及び配置は、単独及び／または所望の気泡サイズ分布及び配置との組合せで、該パネル芯材密度及び重量の減少も可能とし、一方、該パネル強度特性を実質的に維持する（または、場合によっては、改良する）。いくつかのかかる実施形態では、該気泡を分離する壁の平均厚さは、少なくとも約２５μｍである。いくつかの実施形態では、該石膏芯材内の壁の区画及び気泡の分離は、約２５μｍ〜約２００μｍ、他の実施形態では、約２５μｍ〜約  μｍ、及びさらに他の実施形態では、約２５μｍ〜約５０μｍの平均厚さを有し得る。さらに他の実施形態では、該石膏芯材内の壁の区画及び気泡の分離は、約５〜約４０の標準偏差を含む約２５μｍ〜約７５μｍの平均厚さを有し得る。さらに他の実施形態では、該石膏芯材内の壁の区画及び気泡の分離は、約１０〜約２５の標準偏差を含む約２５μｍ〜約５０μｍの平均厚さを有し得る。
【００６６】
所望の泡及び壁構造を得る起泡剤の使用の例としては、米国特許第５，６４３，５１０号及び米国特許出願第２００７／００４８４９０号（起泡剤、泡、及び壁構造に関して、参照により本明細書に組み入れられる）に述べられているものが挙げられる。いくつかの実施形態では、第１のより安定な起泡剤及び第２のより安定でない起泡剤の組合せを、該芯材スラリー混合物に使用できる。他の実施形態では、所望の密度及びパネル強度の要件が満足される限り、１つのタイプのみの起泡剤を使用する。芯材に泡を添加するアプローチは、当技術分野で公知であり、かかるアプローチの例は、米国特許第５，６４３，５１０号及び同第５，６８３，６３５号で述べられており、これらの開示は、起泡剤に関して、参照により本明細書に組み入れられるものとする。
【００６７】
本発明のウォールボードは、いずれかの適切な密度を有し得る。ボード重量は、厚さの関数である。ボードは、通常、種々の厚さで製造されるので、ボード密度を、ボード重量の測度として本明細書で使用する。本発明の実施形態の利点を、様々なボード密度にわたって、例えば、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約４２ｌｂｓ／ｆｔ３、及び約２０ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３７ｌｂｓ／ｆｔ３などの約４２ポンド／立方フィート（ｌｂｓ／ｆｔ３、またはｐｃｆ）以下で見ることができる。
【００６８】
しかしながら、本発明の好ましい実施形態は、改良された耐火性及び／または圧縮強度が、より軽量のボードの使用を、有利に可能とする低密度（例えば、約３５ｌｂｓ／ｆｔ３以下）での特定の有用性を有する。例えば、いくつかの実施形態では、ボード密度は、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３５ｌｂｓ／ｆｔ３、例えば、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３３ｌｂｓ／ｆｔ３、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３０ｌｂｓ／ｆｔ３、約２０ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３５ｌｂｓ／ｆｔ３、約２０ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３３ｌｂｓ／ｆｔ３、約２４ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３５ｌｂｓ／ｆｔ３、約２４ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３３ｌｂｓ／ｆｔ３、約２７ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３５ｌｂｓ／ｆｔ３、約２７ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３３ｌｂｓ／ｆｔ３、約３０ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３５ｌｂｓ／ｆｔ３、及び約３０ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３３ｌｂｓ／ｆｔ３であり得る。
【００６９】
本発明の実施形態では、該ボード密度は、例えば、表６Ａ及び６Ｂにリストした通りであり得る。該表中、「Ｘ」は、「約［最上行の対応する値］〜約［最左列の対応する値］」の範囲を表す。指定値は、ｌｂｓ／ｆｔ３の単位で、ボードの密度を表す（表６Ａ及び６Ｂ）。表示を簡略化するため、各値は、「約」その値と表すと理解されるだろう。例えば、表５中の最初の「Ｘ」は、「約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約１６ｌｂｓ／ｆｔ３」の範囲である。該表の範囲は、開始点と終点の間、及び開始点と終点を含む。
【００７０】
【表６Ａ】
2016540714.tif 000009
【００７１】
【表６Ｂ】
2016540714.tif 000010
【００７２】
低基本重量を、該ウォールボードの標的基本重量に基づいて、泡の所定量を有するスタッコスラリーの混合により達成できる。該ボードは、単位体積当たり、石膏をあまり含まないので、該ウォールボードの耐火性に使用可能な結晶水がより少ない。加えて、火災にさらされている間、該ボード密度が減少するにつれて、収縮パーセントが増加し得る。両方の因子は、火災試験の合格をますます困難にする。驚くべきことに、予想できないことに、本発明の実施形態の金属ケイ酸塩の含有は、本明細書に記載の低密度の製造のため、耐火性特性を有する最終製品を可能とする。
【００７３】
いずれかの厚さのウォールボードを、現在記載の方法及びシステムを用いて、製造できる。石膏ボードの通常の厚さは、１／２インチ及び・インチであるが、１／４インチ〜１インチの範囲であり得る。いくつかの実施形態では、該ウォールボードは、約０．２５インチ〜約１インチの厚さを有し得る。本発明の実施形態では、該ウォールボード厚は、例えば、表７のリストの通りであり得る。該表中、「Ｘ」は、「約［最上行の対応する値］〜約［最左列の対応する値］」の範囲を表す。指定値は、インチの単位で、厚さを表す（表７）。表示を簡略化するため、各値は、「約」その値と表すと理解されるだろう。例えば、表７中の最初の「Ｘ」は、「約０．５９インチ〜約０．６インチ」の範囲である。該表の範囲は、開始点と終点の間、及び開始点と終点を含む。
【００７４】
【表７】
2016540714.tif 000011
【００７５】
本発明は、軽量石膏ボードに対して高耐火性を提供できる。好ましい実施形態では、約・インチの厚さのボードは、約２０００ｌｂｓ／１０００ｆｔ２未満の基本重量を有する。他の好ましい実施形態では、約・インチの厚さのボードは、約１８００ｌｂｓ／１０００ｆｔ２未満の基本重量を有する。しかしながら、本発明のウォールボードは、いずれの基本重量であってもよい。本発明の実施形態では、該ウォールボードの基本重量は、例えば、表８のリストの通りであり得る。該表中、「Ｘ」は、「約［最上行の対応する値］〜約［最左列の対応する値］」の範囲を表す。指定値は、ｌｂｓ／１０００ｆｔ２の単位で、ボードの基本重量を表す（表８）。表示を簡略化するため、各値は、「約」その値と表すと理解されるだろう。例えば、表８中の最初の「Ｘ」は、「約１２００ｌｂｓ／１０００ｆｔ２〜約１３００ｌｂｓ／１０００ｆｔ２」の範囲である。該表の範囲は、開始点と終点の間、及び開始点と終点を含む。
【００７６】
【表８】
2016540714.tif 000012
【００７７】
マニラ紙またはクラフト紙などの紙シートを、カバーシートとして使用できる。有用なカバーシートとしては、Ｍａｎｉｌａ  ７−ｐｌｙ及びＮｅｗｓ−Ｌｉｎｅ  ５−ｐｌｙ；Ｇｒｅｙ−Ｂａｃｋ  ３−ｐｌｙ及びＭａｎｉｌａ  Ｉｖｏｒｙ  ３−ｐｌｙ；及びＭａｎｉｌａ  ｈｅａｖｙ  ｐａｐｅｒ及びＭＨ  Ｍａｎｉｌａ  ＨＴ（高張力）紙が挙げられる。実例となる裏面カバーシートは、５−ｐｌｙ  ｎｅｗｓｌｉｎｅである。加えて、セルロース系紙は、その他の材料または材料の組合せを含み得る。例えば、該カバーシートは、ガラス繊維、セラミック繊維、ミネラルウール、または前述した材料の組合せを含んでもよい。
【００７８】
他の実施形態では、該カバーシートは、カバーシートの１つまたは両方で、たぶん使用される、不織ガラス繊維マットなどのマット、他の繊維状または非繊維状物質、または紙及び他の繊維状物質の組合せを含む、本質的にから成る、またはから成り得る。本明細書で使用されるとき、「マット」という語は、メッシュ材料を含む。繊維状マットは、いずれかの適切な繊維状マット物質を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、該カバーシートは、ガラス繊維、ポリマー繊維、ミネラル繊維、有機繊維など、またはその組合せから製造されるマットであり得る。ポリマー繊維としては、ポリアミド繊維、ポリアラミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ））、ポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）、及びポリビニル酢酸（ＰＶＡｃ）が挙げられるが、これらに限定されない。有機繊維の例としては、綿、レーヨンなどが挙げられる。該マットの繊維は、被覆または非被覆であり得る。繊維状マットの適切なタイプの選択は、該ボードが使用される用途のタイプに、部分的に依存するだろう。
【００７９】
いくつかの実施形態では、重いニュースライン（ｎｅｗｓｌｉｎｅ）シートを含む石膏ボードは、より大きな耐火性を有する。いくつかの実施形態では、石膏ボードは、第１及び第２のカバーシート間に配置された硬化石膏組成物を含む。該硬化石膏組成物は、少なくとも、スタッコ、水、及び金属ケイ酸塩を含むスラリーから形成した硬化石膏の絡み合ったマトリックスを含む。該カバーシートの少なくとも１つは、約５０ｌｂｓ／１０００ｆｔ２より大きな基本重量を有する。別の実施形態では、該カバーシートの少なくとも１つは、約５５ｌｂｓ／１０００ｆｔ２より大きな基本重量を有する。さらに別の実施形態では、該カバーシートの少なくとも１つは、約６０ｌｂｓ／１０００ｆｔ２より大きな基本重量を有する。
【００８０】
実施形態では、本発明は、第１及び第２のカバーシート間に配置された硬化石膏組成物を含む石膏ボードを提供する。該硬化石膏組成物は、少なくとも、スタッコ、水、及び金属ケイ酸塩を含むスラリーから形成した硬化石膏の絡み合ったマトリックスを含む。該石膏ボードは、シリカゲルを含み、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約４２ｌｂｓ／ｆｔ３の密度、及び約・インチの厚さのとき、２０００ｌｂｓ／１０００ｆｔ２未満の乾燥重量を有する。第２のカバーシート（例えば、裏面カバーシート）は、約０．０１４インチより大きな厚さ、及び約０．１ｗ／（ｍ．ｋ．）以下の熱伝導率を有する。該ボードを、耐火性試験装置内に配置し、第２カバーシート（例えば、裏面カバーシート）が試験装置のドアに対面するとき、該ボードのＦＥＩは、約５０分より大きい。
【００８１】
実施形態では、石膏ボードを、スタッコ、水、及び金属ケイ酸塩を含むスラリーから形成する。該スラリーを、当技術分野で公知の通常に使用されるピンミキサーを用いて混練できる。該スラリーを、２つのカバーシート間に配置し、該スラリーが断裁するのに十分硬化した後、所定の寸法のボードに断裁して、乾燥する。該ボードは、該ボード中の金属ケイ酸塩量より多い量で、シリカゲルを含み、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約４２ｌｂｓ／ｆｔ３の密度、及び約５３分より大きい耐火性指数（ＦＥＩ）を有する。いくつかの実施形態では、約５〜約１０のｐＨを有する金属ケイ酸塩溶液を、該スラリーに添加する。約５〜約１０のｐＨを有する金属ケイ酸塩溶液を、硫酸を用いた該溶液の処理により得てもよい。いくつかの実施形態では、該金属ケイ酸塩溶液は、約０．１％〜約１０％の濃度を有する。
【００８２】
ジョイントコンパウンド処方物は、乾燥及び調合済み両方の実施形態を含む、シリカゲルを含み得る。いくつかの実施形態では、該ジョイントコンパウンドを、少なくとも、炭酸カルシウム及び金属ケイ酸塩から生成する。該金属ケイ酸塩を、現場で、シリカゲルに転化できる。別の実施形態では、該ジョイントコンパウンドは、焼石膏をさらに含む。別の実施形態では、該ジョイントコンパウンドは、水及び凝結遅延剤をさらに含む。いくつかの調合済み実施形態の早期凝結を抑制するため、当業者が認識するように、凝結遅延剤も、いくつかの実施形態で、望ましく含有される。例えば、米国特許第４，６６１，１６１号；第５，７４６，８２２号；及び米国特許出願公開第２０１１／０１００８４４号は、本発明に従って有用であり得る、凝結遅延剤（例えば、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）、ポリアクリル酸及び／またはその塩など）、及び他成分（例えば、本明細書に記載のラテックス乳剤バインダー、増粘剤、リン酸塩など、またはその組合せ）を記載しており、凝結遅延剤に関して、参照により本明細書に組み入れられるものとする。他成分ならびにジョイントコンパウンドの製造及び使用方法は、例えば、米国特許第６，４０６，５３７号及び第６，８０５，７４１号；ならびに米国特許出願公開第２００８／０３０５２５２（ジョイントコンパウンドに関して、参照により本明細書に組み入れられるものとする）に述べられている。
【００８３】
本発明の実施形態に記載の金属ケイ酸塩も、様々なタイプの吸音パネル（例えば、天井タイル）で使用できる。いくつかの実施形態では、該金属ケイ酸塩を、焼石膏、水、及び必要ならば、他の成分と混合できる。該金属ケイ酸塩は、シリカゲルに転化する。いくつかの実施形態では、該吸音パネルは、ミネラルウールなどの繊維も含む。いくつかの実施形態では、該パネルは、ＡＳＴＭ  Ｃ４２３−０２に従って、少なくとも約０．５（例えば、少なくとも約０．７または少なくとも約１）の騒音低減係数を有する。吸音タイルの成分及び製造方法の考察について、例えば、米国特許第１，７６９，５１９号；同第６，４４３，２５８号；同第７，３６４，０１５号；同第７，８５１，０５７号；及び７，８６２，６８７号（吸音タイルに関して、参照により本明細書に組み入れられるものとする）参照。
【００８４】
いくつかの実施形態では、Ｕ４１９、Ｕ３０５、及びＵ４２３などのＵｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ（ＵＬ（登録商標））アセンブリの仕様に適合する本発明の原理に従って形成された石膏ボードを用いて、アセンブリを構築できる。該アセンブリの片側面を、ＡＳＴＭ  Ｅ１１９（例えば、ＡＳＴＭ  Ｅ１１９−０９ａ）法で述べられているものなどの加熱曲線に従った時間、温度を上昇させながら暴露できる。該アセンブリの加熱側に近い温度及び加熱していない側面の温度を、試験中モニターして、暴露された石膏パネルが受ける温度及び該アセンブリから非暴露パネルに伝達した熱を評価する。アセンブリの石膏パネルの耐火性能の１つの有用な指標、例えば、ＡＳＴＭ  Ｅ１１９火災試験で、荷重木製スタッドフレームを利用したものは、論文Ｓｈｉｐｐ，  Ｐ．  Ｈ．，  ａｎｄ  Ｙｕ，  Ｑ．，  ‘‘Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｙｐｅ  Ｘ  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｆｉｒｅ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  Ｇｙｐｓｕｍ  Ｂｏａｒｄ，’’  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｆｉｒｅ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２０１１  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  Ｓａｎ  Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ，  ３１ｓｔ  Ｊａｎｕａｒｙ−  ２ｎｄ  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２０１１，  Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｌｔｄ．，  Ｌｏｎｄｏｎ，  ＵＫ，  ｐｐ．  ４１７−４２６で考察されている。該論文は、Ｅ１１９火災試験法で、荷重負荷木製フレームウォールアセンブリ及びそれらの予測性能の広範な一連のＥ１１９火災試験について考察している。米国特許第８，３２３，７８５号は、ＡＳＴＭ  Ｅ１１９に関して、参照により本明細書に組み入れられるものとする。
【００８５】
いくつかの実施形態では、本発明の原理及び、中空断熱のあるなしにかかわらず、Ｕ４１９アセンブリの仕様に従って形成された石膏ボードのアセンブリは、ＡＳＴＭ標準Ｅ１１９−０９の時間−温度曲線に従って加熱したとき、少なくとも約６０分の耐火等級を有する。いくつかの実施形態では、本発明の原理及びＵ３０５アセンブリの仕様に従って形成された石膏ボードのアセンブリは、ＡＳＴＭ標準Ｅ１１９−０９の時間−温度曲線に従って加熱したとき、少なくとも約５５分の耐火等級を有する。いくつかの実施形態では、本発明の原理及びＵ３０５アセンブリの仕様に従って形成された石膏ボードのアセンブリは、ＡＳＴＭ標準Ｅ１１９−０９の時間−温度曲線に従って加熱したとき、少なくとも約６０分の耐火等級を有する。いくつかの実施形態では、本発明の原理及びＵ４２３アセンブリの仕様に従って形成された石膏ボードのアセンブリは、ＡＳＴＭ標準Ｅ１１９−０９の時間−温度曲線に従って加熱したとき、少なくとも約６０分の耐火等級を有する。
【００８６】
共通の試験方法に加えて、耐火性向上のための本発明の有用性を、小規模ＦＥＩ試験を用いて分析できる。該ＦＥＩ試験は、典型的大規模ウォールボード試験の代替として開発された小規模試験装置及び方法である。通常、時間がかかり、高価で、卓上試験及び品質管理に適切でないＡＳＴＭ標準公認の火災試験機関において、実物大（１００ｆｔ２の壁面積）火災試験の実施により、耐火等級を得る。
【００８７】
図２に、試験システム２００のスキームダイアグラムを横断面で示す。試験システム２００は、炉チャンバー２０６を形成するエンクロージャ２０４を有するマッフル炉２０２を含む。該チャンバー２０６は、ドア２０８で開閉可能であり、その中に、熱源２１０を含む。熱源２１０は、一般に、チャンバー２０６内で均一に分布する温度プロファイルを作るように作動する燃料式燃焼装置または電気抵抗ヒーターなどのいずれかの公知のタイプの熱源であり得る。
【００８８】
図２の図で、試験中、炉チャンバー２０６内に配置されたボード試料２１２を示す。試料２１２の裏面２１５及びドア２０８のオーブン向かい側の面の間に、間隙ができるように、ドア開口部からのオフセット距離に、例証した実施形態のチャンバー２０６内に、試料２１２を垂直に取り付ける。最終ウォールアセンブリのウォールボードから離れて間隔を空けたスタッドをシミュレートするため、試料２１２及びドア２０８の間に、互いに距離をおいて、スペーサー２１６を配置する。空隙２１４が空と示されるが、別の実施形態では、空隙２１４は、壁断熱材料で充填されてもよい。さらに、金属製または木製スタッドを、スペーサー２１６の位置に使用してもよい。該スペーサーを、試料２１２と接合してもよく、特定の実施形態では、耐力壁をシミュレートするために、試料２１２に加えて、圧縮負荷を施してもよい。
【００８９】
熱電対２１８または他の温度検知デバイスを、試験中、該試料の裏面２１５と近接して接続する。裏面２１５は、該試料の表面より厚いものであり得る。熱電対２１８は、試料２１２の表面から短距離に、検知チップを有する。別の実施形態では、該検知チップは、試料２１２と接触またはその内にあり得る。熱電対２１８を、試験中、試料２１２の裏面の近くで、表面温度または温度を検知するように構成する。熱電対２１８に電力を供給し、それから試料２１２の表面温度を示す情報を受け、該温度情報を記録し、随意にまたはコンピューター支援（図示なし）で、時間に対して温度情報をプロット、さもなければ、該情報を数的に解析するように、熱電対２１８を動作するデータ捕捉装置２２０と接続する。
【００９０】
試験を実施する際、マッフル炉チャンバー２０６の温度は、熱源２１０の強度を適切に制御することにより、時間とともに徐々に上昇する。１つの実施形態では、炉温度センサー２２２を、炉チャンバー２０６の温度を測定し、該炉チャンバー温度を示す情報を熱コントローラー２２４、及び随意に、データ捕捉装置２２０にも提供するように配置する。熱源２１０の強度を適切に及び自動的に調整することにより、チャンバー２０６の所定加熱プロファイルを得るため、熱コントローラー２２４は、センサー２２２により提供された情報に基づいて、閉ループ様式で動作してもよい。チャンバー２０６の温度上昇も、試験の整合性を確率するため、データ捕捉装置２２０により、随意に記録してもよい。
【００９１】
該炉チャンバーの試料熱プロファイルを、図３の時間プロットで示す。該プロットから分かるように、所望のチャンバー温度（°Ｆ）を縦軸にプロットし、時間（分）を横軸にプロットする場合、チャンバー２０６を、約４００°Ｆ（２０４℃）の温度から約１，４２３°Ｆ（７７３℃）までの試験のかれこれ最初の４３分間の対数的傾向の後、徐々に加熱し、図示したグラフが約１時間続く試験の残りの温度で維持する。従って、該試験を、最初の加熱期間２２６にわたって実施し、それから、図３のチャートにマークしたように、安定期間２２８にわたって続ける。
【００９２】
該試料の裏面２１５上の測定された表面温度により収集されたように、試験中の試料２１２を通り抜けた熱伝達は、実物大火災試験でのウォールボードを通り抜けた予測される熱伝達と同時に起こり及び示す。要するに、該試験は、該試料を通り抜けた熱伝達速度を決定することを、本明細書で記載している。１つの実施形態では、該ボードの両側から得た温度の読みを、該ボードを通り抜けた熱伝達速度を、リアルタイムで推定するために使用できる。異なる製品の熱伝達曲線の比較及びそれらの自裁の火災試験結果に対する該曲線の相関により、異なる製品の耐火性能の判定及び予測が、有利に可能である。図２に示す試験設定で、試料寸法を、６．１２５インチｘ６．６２５インチの寸法及び０．６２５インチの厚さを有する四角形の試料であるように選択した。空隙２１４の深さは、７／８インチであり、熱電対２１８を、ドア２０８の幾何学的中心に設置して、熱電対２１８の検知プローブが、試料２１２の方向に、ドア２０８の内面から約１１／１６インチ突き出した。このように、該熱電対先端部分を、該試料表面から、３／１６インチ離した。熱放散に対して、該ドア枠も封じながら、スペーサー２１６として作用し、該試料をあるべき場所に保持するため、該試料に対して、ガラスウール枠を設置した。半インチ厚試料のため、０．１２５インチ厚さの金属枠を、該熱電対及び該試料間の間隙を維持するため、該試料後方に設置し、残りの試験設定を保存できる。該マッフル炉のコントローラー２２４を、２００℃〜７７３℃で動作するように設定した。前端における該マッフル炉の実際の温度曲線を、図３に示す。
【００９３】
該試験は、特定のボード試料についての温度−時間曲線を提供する。ＦＥＩを、該曲線から決定できる。耐火性指数を、該小規模火災試験の試験検体の裏面において、６００°Ｆ（３１５．５℃）に達するのに必要な時間として定義する。データ点Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤをプロットし、ＦＥＩ及びＵ４１９実物大火災試験の耐火性時間の間の相関関係を、図４に示す。Ｕ３０５及びＵ４２３などの火災試験アセンブリの他の設計を、同様に、ＦＥＩから推定できる。
【００９４】
いくつかの実施形態では、該石膏ボードは、シリカゲルを含まない硬化石膏を含むボードより大きな少なくとも約２分のＦＥＩを有する。いくつかの実施形態では、該石膏ボードは、シリカゲルを含まない硬化石膏を含むボードより大きな少なくとも約３分のＦＥＩを有する。いくつかの実施形態では、該石膏ボードは、シリカゲルを含まない硬化石膏を含むボードより大きな少なくとも約４分のＦＥＩを有する。いくつかの実施形態では、該石膏ボードは、シリカゲルを含まない硬化石膏を含むボードより大きな少なくとも約５分のＦＥＩを有する。いくつかの実施形態では、該石膏ボードは、シリカゲルを含まない硬化石膏を含むボードより大きな少なくとも約６分のＦＥＩを有する。いくつかの実施形態では、該石膏ボードは、シリカゲルを含まない硬化石膏を含むボードより大きな少なくとも約７分のＦＥＩを有する。いくつかの実施形態では、該石膏ボードは、シリカゲルを含まない硬化石膏を含むボードより大きな少なくとも約８分のＦＥＩを有する。いくつかの実施形態では、該石膏ボードは、シリカゲルを含まない硬化石膏を含むボードより大きな少なくとも約９分のＦＥＩを有する。いくつかの実施形態では、該石膏ボードは、シリカゲルを含まない硬化石膏を含むボードより大きな少なくとも約１０分のＦＥＩを有する。
【００９５】
従って、実施形態では、石膏ボードは、２つのカバーシート間に配置された硬化石膏組成物を含み、該硬化石膏組成物は、少なくとも、スタッコ、水、及び金属ケイ酸塩を含むスラリーから形成された硬化石膏の絡み合ったマトリックスを含み、該硬化石膏組成物は、該硬化石膏組成物中、金属ケイ酸塩の量より多い量でシリカゲルを含み、該石膏ボードは、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約４２ｌｂｓ／ｆｔ３の密度及び約５３分より大きいＦＥＩを有する。
【００９６】
実施形態では、石膏ボードは、２つのカバーシート間に配置された硬化石膏組成物を含み、該硬化石膏組成物は、少なくとも、スタッコ、水、及び金属ケイ酸塩を含むスラリーから形成された硬化石膏の絡み合ったマトリックスを含み、該硬化石膏組成物は、シリカゲルを含み、該石膏ボードは、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約４２ｌｂｓ／ｆｔ３の密度及び約５３分より大きいＦＥＩを有する。
【００９７】
別の実施形態では、該金属ケイ酸塩は、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、またはその組合せである。
【００９８】
別の実施形態では、該金属ケイ酸塩（活性基準で）は、スタッコ重量に対して、約０．０１重量％〜約５重量％の量である。
【００９９】
別の実施形態では、該金属ケイ酸塩（活性基準で）は、スタッコ重量に対して、約０．０１重量％〜約１重量％の量である。
【０１００】
別の実施形態では、該スラリー添加前に、該金属ケイ酸塩を、約５〜約１０のｐＨを有する溶液中に含む。
【０１０１】
別の実施形態では、該スラリー添加前に、該金属ケイ酸塩を、約５〜約７のｐＨを有する溶液中に含む。
【０１０２】
別の実施形態では、該金属ケイ酸塩は、約０．５〜約５．０の金属酸化物に対するＳｉＯ２の比を有する。
【０１０３】
別の実施形態では、該金属ケイ酸塩は、約２〜約４の金属酸化物に対するＳｉＯ２の比を有する。
【０１０４】
別の実施形態では、該硬化石膏組成物は、スタッコ重量に対して、約５重量％未満の量でバーミキュライトを含む。
【０１０５】
別の実施形態では、該石膏ボードは、約１：１〜約９９：１のシリカゲル：金属ケイ酸塩の重量比を有する。
【０１０６】
別の実施形態では、該石膏ボードは、約９９：１より大きなシリカゲル：金属ケイ酸塩の重量比を有する。
【０１０７】
別の実施形態では、該石膏ボードは、約９０：１０より大きなシリカゲル：金属ケイ酸塩の重量比を有する。
【０１０８】
別の実施形態では、該石膏ボードは、約１：１より大きなシリカゲル：金属ケイ酸塩の重量比を有する。
【０１０９】
別の実施形態では、該ボードは、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３５ｌｂｓ／ｆｔ３の密度を有する。
【０１１０】
別の実施形態では、該ボードは、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約３３ｌｂｓ／ｆｔ３の密度を有する。
【０１１１】
別の実施形態では、該ボードは、約・インチの厚さのとき、約２０００ｌｂｓ／１０００ｆｔ２未満の乾燥重量を有する。
【０１１２】
別の実施形態では、該シリカゲルは、シリカゲルを含まない石膏ボードの圧縮強度と比較して、該石膏ボードの圧縮強度を増加するのに効果的な量である。
【０１１３】
別の実施形態では、該石膏ボードは、シリカゲルを含まない硬化石膏を含むボードより、少なくとも約３分大きいＦＥＩを有する。
【０１１４】
別の実施形態では、該ボードを、ＵＬ  Ｕ３０５に従って、試験アセンブリに構築し、該ボードは、ＡＳＴＭ標準Ｅ１１９−０９の時間−温度曲線に従って加熱したとき、少なくとも約５５分の耐火等級を有する。
【０１１５】
別の実施形態では、該ボードを、ＵＬ  Ｕ３０５に従って、試験アセンブリに構築し、ＡＳＴＭ標準Ｅ１１９−０９の時間−温度曲線に従って加熱したとき、少なくとも約６０分の耐火等級を有する。
【０１１６】
別の実施形態では、該ボードを、ＵＬ  Ｕ４１９に従って、試験アセンブリに構築し、ＡＳＴＭ標準Ｅ１１９−０９の時間−温度曲線に従って加熱したとき、少なくとも約６０分の耐火等級を有する。
【０１１７】
別の実施形態では、該石膏ボードは、約０．５９インチ〜約０．６５インチの厚さを有する。
【０１１８】
別の実施形態では、該スラリーは、約１．０：約２．０の水：スタッコ比を有する。
【０１１９】
別の実施形態では、該スラリーは、約１．２：約２．０の水：スタッコ比を有する。
【０１２０】
別の実施形態では、該２つのカバーシートの少なくとも１つは、約６０ｌｂｓ／１０００ｆｔ２より大きな基本重量を有する。
【０１２１】
別の実施形態では、石膏ボードの製造方法は、スタッコ、水、及び金属ケイ酸塩を含むスラリーを生成すること、該スラリーを、２つのカバーシート間に配置すること、該スラリーが断裁するのに十分硬化した後、該ボードプレフォームを所定寸法のボードに断裁すること、及び該ボードを乾燥することを含み、該ボードがシリカゲルを含み、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約４２ｌｂｓ／ｆｔ３の密度を有し、約５３分より大きいＦＥＩを有する。
【０１２２】
実施形態では、スタッコ、水、及び金属ケイ酸塩を含むスラリーを生成すること、該スラリーを、２つのカバーシート間に配置すること、該スラリーが断裁するのに十分硬化した後、該ボードプレフォームを所定寸法のボードに断裁すること、及び該ボードを乾燥することを含む石膏ボードの耐火性を向上する方法；該金属ケイ酸塩の少なくとも一部は、シリカゲルに転化し、該石膏ボードは、シリカゲルを含まないボードと比較して、改良された耐火性、約１５ｌｂｓ／ｆｔ３〜約４２ｌｂｓ／ｆｔ３の密度、及び約５３分より大きい耐火性指数を有する。
【０１２３】
別の実施形態では、該方法は、該スラリー生成前に、約５〜約１０のｐＨを有する溶液中、該金属ケイ酸塩を含むことをさらに含む。
【０１２４】
別の実施形態では、該金属ケイ酸塩溶液を、硫酸を用いて、約５〜約１０のｐＨに中和した。
【０１２５】
別の実施形態では、該金属ケイ酸塩は、溶液であり、約５〜約１０のｐＨを有する。
【０１２６】
別の実施形態では、該スラリーは、約５〜約１０のｐＨを有する金属ケイ酸塩溶液を含む。
【０１２７】
別の実施形態では、該金属ケイ酸塩溶液は、約０．１％〜約１０％の濃度を有する。
【０１２８】
別の実施形態では、該金属ケイ酸塩溶液は、約３％〜約４％の濃度を有する。
【０１２９】
実施形態では、吸音パネルは、シリカゲルを含む吸音部材を含み、該パネルは、ＡＳＴＭ  Ｃ４２３−０２に従って、少なくとも約０．５の騒音低減係数を有する。
【０１３０】
別の実施形態では、該吸音パネルは、繊維をさらに含む。
【０１３１】
実施形態では、ジョイントコンパウンドは、炭酸カルシウム及びシリカゲルを含む。
【０１３２】
別の実施形態では、該ジョイントコンパウンドは、焼石膏をさらに含む。
【０１３３】
別の実施形態では、該ジョイントコンパウンドは、水及び凝結遅延剤をさらに含む。
【０１３４】
なお、前述したものは、実施形態の単なる例である。他の実例となる実施形態は、本明細書の説明の全文から明白である。これらの実施形態の各々を、本明細書で提供した他の実施形態と様々な組合せで使用してもよいことも、当業者は、理解するだろう。
【０１３５】
次の実施例は、本発明をさらに例証するが、もちろん、いかなる場合においても、その範囲を限定すると解釈するべきでない。
【実施例】
【０１３６】
実施例１−ケイ酸塩の中和方法
本実施例は、ケイ酸塩を中和する実用的方法を示す。従って、濃縮ケイ酸ナトリウム（ＰＱ  Ｃｏｒｐ’ｓ  Ｎ（登録商標）、濃度＝３７．５％、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ＝３．２２）を、表９に開示した条件を用いて処理した。
【０１３７】
ケイ酸ナトリウム溶液を、水で希釈し、ＨＣｌ（２０％）あるいはＨ２ＳＯ４（９８％）のいずれかで処理した。ゲル生成が、ケイ酸塩濃度、該溶液のｐＨ、及び使用した酸の種類に依存することが観察された。ボード製造に最も実用的条件は、ケイ酸塩溶液を、３．２％の濃度に希釈し、６．７３のｐＨに達するまで、Ｈ２ＳＯ４（９８％、１．４ｇ）を投与したときに得られた（表９、試験Ｎｏ．４参照）。これらの条件下、該ケイ酸塩溶液は、２時間で、ゲルを生成した。
【０１３８】
【表９】
2016540714.tif 000013
【０１３９】
実施例２−耐火性に対するケイ酸塩の効果
本実施例は、ウォールボードの耐火性に対するケイ酸塩添加の効果を示す。従って、５つの石膏ボード（試料１〜５）を、スタッコ重量に対して、０重量％〜０．９０重量％の範囲の活性ケイ酸塩量で製造した。加えて、所望のボード重量を得るために、１．０の一定のスタッコに対する水の比及び様々な量の泡を使用した。
【０１４０】
実験室で、３％ケイ酸塩溶液を、３０グラムのケイ酸ナトリウム（ＰＱ  Ｃｏｒｐ’ｓ  Ｎ（登録商標）、濃度＝３７．５％、ｐＨ１１．３、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ＝３．２２）及び１０００ｍＬの水道水の混合により調製した。該溶液を、約５．８のｐＨに調節した。該溶液を、各ボードを製造するために新たに調製した。個別のスチールボウルに、０ｇのケイ酸塩溶液（試料１）、１５０ｇのケイ酸塩溶液（試料２）、３００ｇのケイ酸塩溶液（試料３）、６００ｇのケイ酸塩溶液（試料４）、及び９００ｇのケイ酸塩溶液（試料５）を添加した。さらに水道水を試料１〜４のボウルに添加して、総重量９００ｇにした。２〜３滴の凝結遅延剤（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，  Ｖｅｒｓｅｎｅｘ  ９０）及び０．５ｇの分散剤（ＧＥＯ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，  Ｄｉｌｏｆｌｏ  ＣＡ）を、該水に添加した。５つの別々のボウル内で、９００ｇのスタッコ、５．２ｇの細断ガラス繊維（Ｏｗｅｎｓ  Ｃｏｒｎｉｎｇ，  Ａｄｖａｎｔｅｘ  ７９０Ｃ−１６Ｗ）、３４．６ｇのバーミキュライト（Ｖｉｒｇｉｎｉａ  Ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ、グレード４）、１５．１ｇのアルファ化デンプン（Ｂｕｎｇｅ  Ｍｉｌｌｉｎｇ，  ＵＳＧ−９５）、２．３ｇの急結剤（ＵＳＧ、粉砕石膏）、及び１．０ｇのトリメタリン酸ナトリウム（Ｉｎｎｏｐｈｏｓ）を混合した。各スタッコ混合物を、ホバートミキサー下に設置した、ケイ酸塩／凝結遅延剤／分散剤混合物を含むスチールボウルに注ぎ入れた。混合物を、直ぐに混合して、泡を注入した。２５秒後、泡注入を止めて、スタッコスラリーをさらに５秒間混合した。それから、スタッコスラリーを、直ぐに、予め作られた紙エンベロープ（５０ｌｂｓ／１０００ｆｔ２マニラ及び４０ｌｂｓ／１０００ｆｔ２ニュースライン、１ｆｔｘ１ｆｔ）に注ぎ入れた。スタッコスラリーを含むエンベロープを、・インチボードを製造するスペースを有する２つのアルミニウムプレート間に挟んだ。石膏を凝結させた。ボードを、３０分間、３５０°Ｆ（１７７℃）に予め設定したオーブン内に入れ、それから、ボードを、１１０°Ｆ（４３℃）に予め設定した別のオーブンに移した。ボードを、２夜、オーブン内で乾燥した。乾燥したボードを、６．６２５インチｘ６．１２５インチの大きさのボードに断裁した。
【０１４１】
【表１０】
2016540714.tif 000014
【０１４２】
試料１〜５を、それぞれのＦＥＩを測定するため、小規模デバイス（図２）で、個別に試験した。４つの試料について温度曲線（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｔｒａｃｅｓ）を、図５（時間を横軸にプロットし、各試料の裏面の非暴露面温度を縦軸にプロットする）に示す。図５のグラフ中、線Ａは、対照ボード（試料１）の温度曲線を表し、線Ｂは、０．１５％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料２）の温度曲線を表し、線Ｃは、０．３０％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料３）の温度曲線を表し、線Ｄは、０．６０％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料４）の温度曲線を表す。試料５のボード重量が高過ぎるので、このデータを、図５に含めていない。
【０１４３】
図５のグラフから算出できるので、対照ボードの耐火性指数は、５２．２分（試料１）であり、０．１５％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料２）については、５５．８分であり、０．３０％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料３）については、５４．７分であり、０．６０％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料４）については、５４．６分であった。０．９０％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（表１１、試料５）については、ＦＥＩは、５５．２分であった。
【０１４４】
表１１に示す通り、ケイ酸塩量は、バーミキュライトの存在下では、収縮に対して、有意に影響を及ぼさない。対照と比較したとき、０．４０％の受入ままの状態のケイ酸塩（すなわち、０．１５％活性ケイ酸塩）を含むスラリーから形成したボードは、３．６分、ＦＥＩを増加させた。図６は、ＦＥＩが、０．１５％の活性ケイ酸塩含有率でピークとなり得ることを示唆している。受入ままの状態のケイ酸塩のパーセンテージは、スタッコ重量に対して、重量基準で、金属ケイ酸塩溶液のパーセンテージを表し、一方、活性ケイ酸塩のパーセンテージは、スタッコ重量に対して、重量基準で、金属ケイ酸塩のパーセンテージを表す。
【０１４５】
【表１１】
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【０１４６】
本実施例は、スタッコスラリーに添加した金属ケイ酸塩が、石膏ウォールボードの耐火性を向上できることを示している。
【０１４７】
実施例３−ケイ酸塩の最適量の決定
本実施例は、耐火性及び圧縮強度について、最適なケイ酸塩濃度を決定する。加えて、本実施例は、耐火性及び圧縮強度について、ケイ酸塩の中和の効果を検討する。従って、９つの石膏ボード（試料６〜１４）を、スタッコ重量に対して、０重量％〜０．２５重量％の範囲の活性ケイ酸ナトリウム量で製造した。加えて、１．０の一定のスタッコに対する水の比及び様々な量の泡を、所望のボード重量を得るために使用した。
【０１４８】
実験室では、３％ケイ酸塩溶液を、３０グラムのケイ酸ナトリウム（ＰＱ  Ｃｏｒｐ’ｓ  Ｎ（登録商標）、濃度＝３７．５％、ｐＨ１１．３、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ＝３．２２）及び９７０ｍＬの水道水の混合により調製した。該溶液を、約６．９のｐＨに調節した。該溶液を、各ボードを製造するために新たに調製した。個別のスチールボウルに、それぞれ、０ｇのケイ酸塩溶液（試料６及び１２）、５０ｇのケイ酸塩溶液（試料７）、１００ｇのケイ酸塩溶液（試料８）、１５０ｇのケイ酸塩溶液（試料９）、２００ｇのケイ酸塩溶液（試料１０）、及び２５０ｇのケイ酸塩溶液（試料１１）を添加した。試料１３及び１４のため、１００ｇ及び１５０ｇの中和していないケイ酸塩溶液を、それぞれ、スチールボウルに添加した。さらに水道水を該ボウルに添加して、総重量９００ｇにした。２〜３滴の凝結遅延剤（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，  Ｖｅｒｓｅｎｅｘ  ９０）及び０．５ｇの分散剤（ＧＥＯ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，  Ｄｉｌｏｆｌｏ  ＣＡ）を、該水に添加した。８つの別々のボウル内で、９００ｇのスタッコ、５．２ｇの細断ガラス繊維（Ｏｗｅｎｓ  Ｃｏｒｎｉｎｇ，  Ａｄｖａｎｔｅｘ  ７９０Ｃ−１６Ｗ）、３４．６ｇのバーミキュライト（Ｖｉｒｇｉｎｉａ  Ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ、グレード４）、１５．１ｇのアルファ化デンプン（Ｂｕｎｇｅ  Ｍｉｌｌｉｎｇ，  ＵＳＧ−９５）、２．３ｇの急結剤（ＵＳＧ、粉砕石膏）、及び１．０ｇのトリメタリン酸ナトリウム（Ｉｎｎｏｐｈｏｓ）を混合した。各スタッコ混合物を、ホバートミキサー下に設置した、ケイ酸塩／凝結遅延剤／分散剤混合物を含むスチールボウルに注ぎ入れた。混合物を、直ぐに混合して、泡を注入した。１８秒後、泡注入を止めて、スタッコスラリーをさらに１２秒間混合した。それから、スタッコスラリーを、直ぐに、予め作られた紙エンベロープ（５０ｌｂｓ／１０００ｆｔ２マニラ及び６２ｌｂｓ／１０００ｆｔ２ニュースライン、１ｆｔｘ１ｆｔ）に注ぎ入れた。スタッコスラリーを含むエンベロープを、・インチボードを製造するスペースを有する２つのアルミニウムプレート間に挟んだ。石膏を凝結させた。ボードを、３０分間、３５０°Ｆ（１７７℃）に予め設定したオーブン内に入れ、それから、ボードを、１１０°Ｆ（４３℃）に予め設定した別のオーブンに移した。ボードを、２夜、オーブン内で乾燥した。乾燥したボードを、６．６２５インチｘ６．１２５インチの大きさのボードに断裁した。
【０１４９】
試料６〜１４を、それぞれのＦＥＩを測定するため、小規模デバイス（図２）で、及びそれぞれの圧縮強度を測定するため、ＡＴＳ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）機で、個別に試験した。試料６〜１０について温度曲線を、図７（時間を横軸にプロットし、各試料の裏面の非暴露面温度を縦軸にプロットする）に示す。図７のグラフ中、線Ａは、対照ボード（試料６）の温度曲線を表し、線Ｂは、０．０５％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料７）の温度曲線を表し、線Ｃは、０．１０％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料８）の温度曲線を表し、線Ｄは、０．１５％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料９）の温度曲線を表し、線Ｅは、０．２０％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料１０）の温度曲線を表す。図８は、ケイ酸塩量が、如何に耐火性指数に影響を及ぼすかを示し、受入ままの状態のケイ酸塩の重量％を、横軸にプロットし、ＦＥＩを、縦軸にプロットする。線Ａは、中和されたケイ酸塩の曲線を表し、線Ｂは、中和されていないケイ酸塩の曲線を表す。図９は、如何に圧縮強度に影響を及ぼすかを示し、受入ままの状態のケイ酸塩の重量％を、横軸にプロットし、圧縮強度（ｐｓｉ）を、縦軸にプロットする。図９中、ダイヤモンドは、中和されたケイ酸塩データを表し、四角は、中和されていないケイ酸塩データを表す。
【０１５０】
図７のグラフから算出できるように、対照ボードのＦＥＩは、５３．４分（試料６）であり、０．０５％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料７）については、５６．４分であり、０．１０％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料８）については、５６．７分であり、０．１５％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料９）については、５７．３分であり、０．２０％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボード（試料１０）については、５６．６分であった。表１２に示すように、０．２５％の活性ケイ酸ナトリウムを含むスラリーから形成したボードのＦＥＩは、５４．７分である（試料１１）。試料１２のＦＥＩを測定しなかった。本実施例は、０．１５％の活性ケイ酸塩は、対照と比較したとき、３．９分のＦＥＩの増加を提供して、最適であることを確証させる。さらに、３分までのＦＥＩの増加を、０．０５％の活性ケイ酸塩を用いて達成できる。図８で分かるように、０．４０％の受入ままの状態のケイ酸塩（すなわち、０．１５％の活性ケイ酸塩）を含むスラリーから形成したボードは、ＦＥＩを３．９分増加させた（試料９）。図８は、ＦＥＩが、０．４０％の受入ままの状態のケイ酸塩（すなわち、０．１５％の活性ケイ酸塩）でピークになり得ることを示唆している。
【０１５１】
試料を、それぞれの圧縮強度を測定するため、ＡＴＳ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）機を用いて、個別に試験した。図９に示すように、ケイ酸ナトリウムをスタッコスラリーに添加するとき、圧縮強度も増加する。０．１５％の活性ケイ酸塩を含むスラリーから形成したボードは、２４２．２ｐｓｉの圧縮強度を有する。０．２０％の活性ケイ酸塩を含むスラリーから形成したボードは、２４１．７ｐｓｉの圧縮強度を提供する。図９から算出できるように、ケイ酸塩の添加は、平均１８％、圧縮強度を増加させた。
【０１５２】
【表１２】
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【０１５３】
ボードを、１１．３のｐＨを有するケイ酸塩を含むスタッコから形成するとき、ＦＥＩの改良も観察される（表１３参照）。表１３に示すように、試料１３のＦＥＩは、対照ボード（試料６）より大きい。５５．８分のＦＥＩが、１１．３のｐＨを有する０．１０重量％の活性ケイ酸塩を含むスラリーから形成したボード（試料１３）で観察され、５２．６分のＦＥＩが、１１．３のｐＨを有する０．１５重量％の活性ケイ酸塩を含むスラリーから形成したボード（試料１４）で観察された。図８の線Ｂで示すように、０．１０重量％の活性ケイ酸塩を使用したとき、ＦＥＩはピークとなり、０．１重量％の活性ケイ酸塩を使用したとき減少する。
【０１５４】
表１３に示すように、対照ボードと比較したとき、両試料の圧縮強度は増強した。しかしながら、ケイ酸塩の中和なしでは、該スタッコスラリーの流動性は、有意に増加した。
【０１５５】
【表１３】
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【０１５６】
本実施例は、０．１５％の活性中和ケイ酸塩が最適であり、ウォールボードの耐火性及び圧縮強度を有意に向上できることを示す。本実施例は、耐火性も圧縮強度も増大させるため、中和は必要ではないことも示す。
【０１５７】
実施例４−バーミキュライトの非存在下での耐火性に対するケイ酸塩の効果
本実施例は、バーミキュライトの非存在下、ウォールボードの耐火性に対するケイ酸塩の効果を示す。従って、石膏ボードを、様々な量のケイ酸ナトリウムで製造した。加えて、所望のボード重量を得るため、１．０のスタッコに対する水の一定比及び様々な量の泡を使用した。
【０１５８】
実験室で、３％ケイ酸塩溶液を、３０グラムのケイ酸ナトリウム（ＰＱ  Ｃｏｒｐ’ｓ  Ｎ（登録商標）、濃度３７．５％、ｐＨ１１．３、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ＝３．２２）及び９７０ｍＬの水道水の混合により調製した。該溶液を、約７．０のｐＨに調節した。該溶液を、各ボードを製造するために新たに調製した。個別のスチールボウルに、０ｇのケイ酸塩溶液、２５ｇのケイ酸塩溶液、５０ｇのケイ酸塩溶液、１００ｇのケイ酸塩溶液、１５０ｇのケイ酸塩溶液、２００ｇのケイ酸塩溶液、２５０ｇのケイ酸塩溶液を添加した。さらに水道水を該ボウルに添加して、総重量９００ｇにした。２〜３滴の凝結遅延剤（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，  Ｖｅｒｓｅｎｅｘ  ９０）及び０．５ｇの分散剤（ＧＥＯ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，  Ｄｉｌｏｆｌｏ  ＣＡ）を、該水に添加した。７つの別々のボウル内で、９００ｇのスタッコ、５．２ｇの細断ガラス繊維（Ｏｗｅｎｓ  Ｃｏｒｎｉｎｇ，  Ａｄｖａｎｔｅｘ  ７９０Ｃ−１６Ｗ）、１５．１ｇのアルファ化デンプン（Ｂｕｎｇｅ  Ｍｉｌｌｉｎｇ，  ＵＳＧ−９５）、２．３ｇの急結剤（ＵＳＧ、粉砕石膏）、及び１．０ｇのトリメタリン酸ナトリウム（Ｉｎｎｏｐｈｏｓ）を混合した。各スタッコ混合物を、ホバートミキサー下に設置した、ケイ酸塩／凝結遅延剤／分散剤混合物を含むスチールボウルに注ぎ入れた。混合物を、直ぐに混合して、泡を注入した。２０秒後、泡注入を止めて、スタッコスラリーをさらに１０秒間混合した。それから、スタッコスラリーを、直ぐに、予め作られた紙エンベロープ（５０ｌｂｓ／１０００ｆｔ２マニラ及び６２ｌｂｓ／１０００ｆｔ２ニュースライン、１ｆｔｘ１ｆｔ）に注ぎ入れた。スタッコスラリーを含むエンベロープを、・インチボードを製造するスペースを有する２つのアルミニウムプレート間に挟んだ。石膏を凝結させた。ボードを、３０分間、３５０°Ｆ（１７７℃）に予め設定したオーブン内に入れ、それから、ボードを、１１０°Ｆ（４３℃）に予め設定した別のオーブンに移した。ボードを、２夜、オーブン内で乾燥した。乾燥したボードを、６．６２５インチｘ６．１２５インチの大きさのボードに断裁した。
【０１５９】
試料を、それぞれのＦＥＩを測定するため、小規模デバイス（図２）で個別に試験した。各試料のＦＥＩを、図１０（受入ままの状態のケイ酸塩（重量％）を横軸にプロットし、ＦＥＩを縦軸にプロットする）にプロットした。図１０に示すように、バーミキュライトの非存在下、耐火性の向上は観察される。０．５５％の受入ままの状態のケイ酸塩（すなわち、０．２１％の活性ケイ酸塩）を含むスラリーから、ボードを形成するとき、２．２分の最大ＦＥＩの増加が観察された。
【０１６０】
本実施例は、バーミキュライトの非存在下、ケイ酸ナトリウムの添加は、石膏ウォールボードの耐火性を増大させることを示す。
【０１６１】
実施例５−圧縮強度に対するケイ酸塩の効果
本実施例は、ウォールボードの圧縮強度に対するケイ酸塩の効果を示す。加えて、泡により生じる強度の変化を排除するように、泡なしでボードを製造した。従って、石膏ボードを、様々な量のケイ酸ナトリウムで製造した。泡よりむしろ水を使用して、該ボードの密度を制御した。結果として、１．８５のスタッコに対する水の一定比を使用した。
【０１６２】
実験室で、３％ケイ酸塩溶液を、３０グラムのケイ酸ナトリウム（ＰＱ  Ｃｏｒｐ’ｓ  Ｎ（登録商標）、濃度＝３７．５％、ｐＨ１１．３、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ＝３．２２）及び９７０ｍＬの水道水の混合により調製した。該溶液を、約７．０のｐＨに調節した。該溶液を、各ボードを製造するために新たに調製した。個別のスチールボウルに、０ｇのケイ酸塩溶液、２５ｇのケイ酸塩溶液、５０ｇのケイ酸塩溶液、１００ｇのケイ酸塩溶液、１５０ｇのケイ酸塩溶液、２００ｇのケイ酸塩溶液、２５０ｇのケイ酸塩溶液を添加した。さらに水道水を該ボウルに添加して、総重量１６６５ｇにした。０．５ｇの分散剤（ＧＥＯ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，  Ｄｉｌｏｆｌｏ  ＣＡ）を該水に添加した。７つの別々のボウル内で、９００ｇのスタッコ、５．２ｇの細断ガラス繊維（Ｏｗｅｎｓ  Ｃｏｒｎｉｎｇ，  Ａｄｖａｎｔｅｘ  ７９０Ｃ−１６Ｗ）、１５．１ｇのアルファ化デンプン（Ｂｕｎｇｅ  Ｍｉｌｌｉｎｇ，  ＵＳＧ−９５）、２．３ｇの急結剤（ＵＳＧ、粉砕石膏）、及び１．０ｇのトリメタリン酸ナトリウム（Ｉｎｎｏｐｈｏｓ）を混合した。各スタッコ混合物を、ホバートミキサー下に設置した、ケイ酸塩／凝結遅延剤／分散剤混合物を含むスチールボウルに注ぎ入れた。混合物を、３０秒間、直ぐに混合した。それから、スタッコスラリーを、直ぐに、予め作られた紙エンベロープ（５０ｌｂｓ／１０００ｆｔ２マニラ及び６２ｌｂｓ／１０００ｆｔ２ニュースライン、１ｆｔｘ１ｆｔ）に注ぎ入れた。スタッコスラリーを含むエンベロープを、・インチボードを製造するスペースを有する２つのアルミニウムプレート間に挟んだ。石膏を凝結させた。ボードを、３０分間、３５０°Ｆ（１７７℃）に予め設定したオーブン内に入れ、それから、ボードを、１１０°Ｆ（４３℃）に予め設定した別のオーブンに移した。ボードを、２夜、オーブン内で乾燥した。乾燥したボードを、３インチ径の円に断裁した。
【０１６３】
試料を、それぞれの圧縮強度を測定するため、ＡＴＳ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）機で個別に試験した。各試料の圧縮強度を、図１１（受入ままの状態のケイ酸塩（重量％）を横軸にプロットし、圧縮強度を縦軸にプロットする）にプロットした。図１１に示すように、圧縮強度の向上が観察される。０．２５％の受入ままの状態のケイ酸塩（すなわち、０．０９％の活性ケイ酸塩）を含むスタッコスラリーから、ボードを形成するとき、２７０ｐｓｉの最大圧縮強度の向上が観察された。
【０１６４】
本実施例は、ケイ酸塩が、石膏ウォールボードの圧縮強度を向上させ得ることを示す。
【０１６５】
本発明の説明の文脈中（特に、次の請求の範囲の文脈中）の「１つ（ａ）」及び「１つ（ａｎ）」及び「該（ｔｈｅ）」及び「少なくとも１つ」という語及び同様の指示対象の使用は、本明細書中別段の指示または文脈による明白な矛盾がない限り、単数と複数の両方を包含すると解釈するべきである。１つ以上の項目のリストが続く「少なくとも１つ」という語（例えば、「少なくとも１つのＡ及びＢ」）の使用は、本明細書中別段の指示または文脈による明白な矛盾がない限り、リストされた項目から選択される１つの項目（ＡまたはＢ）または２つ以上のリストされた項目のいずれかの組合せ（Ａ及びＢ）を意味すると解釈するべきである。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という語は、特に断りのない限り、オープンエンドな項目（すなわち、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）が、これに限定されない」を意味する）と解釈するべきである。また、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」（またはその均等物）を記載する場合はいつも、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、「本質的にから成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」及び「から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」を含むと見なされる。従って、要素（単数または複数）を「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」実施形態は、記載の要素を「本質的にから成る」及び「から成る」実施形態を支持する。「本質的にから成る」を記載する場合はいつも、「から成る」を含むと見なされる。従って、要素（単数または複数）を「本質的にから成る」実施形態は、記載の要素「から成る」実施形態を支持する。本明細書中の値の範囲の記載は、本明細書中別段の指示がない限り、該範囲内の各個別の値に対して、個別の表現の簡潔な方法として役立つことを単に意図されており、各別々の値は、あたかも、本明細書中に個別に列挙されているように、本明細書中に組み入れられる。本明細書に記載の全ての方法を、本明細書中別段の指示、さもなければ、文脈に明白に矛盾しない限り、いずれかの適切な順で実行できる。本明細書で提供されるいずれか及び全ての実施例、または例示の言葉（例えば、「などの（ｓｕｃｈ  ａｓ）」の使用は、本発明をより良く例証するため、単に意図されており、別段の請求範囲がない限り、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書中のいかなる言い回しも、本発明の実践に本質的ないずれかの請求範囲でない要素を指示すると解釈するべきでない。
【０１６６】
本発明の好ましい実施形態を、本発明の実行のための発明者らの知る最善の方法を含んで、本明細書中に記載している。それらの好ましい実施形態の変化形は、前述の明細書を読めば、当業者には明白となり得る。本発明者らは、熟練者が、必要に応じて、かかる変化形を使用することを期待し、本発明者らは、本発明が、本明細書に具体的に記載されたものと違った方法で実践されることを意図している。従って、本発明は、適用法令により許される本明細書に添付された請求の範囲に記載の材料の全ての修飾物及び均等物を含む。さらに、その全ての可能な変化形の上記要素のいずれもの組合せは、本明細書中別段の指示または文脈による明白な矛盾がない限り、本発明に包含される。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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