具有高效散熱添加劑的石膏產品的製作方法

2023-05-29 20:45:21 1

具有高效散熱添加劑的石膏產品的製作方法
【專利摘要】本文公開了具有至少一種高效散熱添加劑的石膏產品。所述石膏產品，例如石膏面板，由於存在所述至少一種添加劑而較不易受到溫度升高時的極熱的損壞作用。
【專利說明】具有高效散熱添加劑的石膏產品
[0001] 相關申請的奪叉引用
[0002] 本專利申請要求2012年2月17日提交的美國臨時專利申請No. 61/600, 574的權 益，其以全文引用方式併入本文。

【背景技術】
[0003] 如果精製石膏產品暴露於相對較高的溫度，如通過高溫火焰或氣體製得的那些， 則石膏的部分可吸收足夠的熱量以開始使水從芯的石膏二水合物晶體中釋放。熱量吸收以 及水從石膏二水合物中釋放可足以將通過石膏產品或在石膏產品內的熱量傳遞延遲一段 時間。石膏產品可用作防止高溫直接從其通過的阻擋層。取決於熱源溫度和暴露時間，由 石膏產品吸收的熱量可能足以基本上再煅燒石膏的部分。在某些溫度水平下，施加至石膏 產品的熱量也可導致相變至石膏的無水石膏和結晶結構的重排。在一些情況中，鹽和雜質 的存在可影響相變溫度，從而產生晶體形態的不同。
[0004] 已製得抵抗相對較高的溫度的作用一段時間的石膏面板，這可固有地延遲高熱水 平經過面板或在面板之間經過，並進入（或經過）使用所述面板的系統。通常配製稱為耐 火或"耐火級"的石膏面板以提高面板延遲熱量經過牆或天花板結構的能力，且所述石膏面 板在控制建築物內的火災蔓延中起到重要作用。作為結果，建築規範當局和其他有關公共 和私人實體通常設定了用於耐火級石膏面板的耐火性能的嚴格標準。
[0005] 可通過進行通常接受的測試來評價石膏面板耐火和相關的極高熱量的能力。這種 測試的例子常用於建造工業中，如由保險商實驗室（Underwriter s Laboratories，"UL"） 出版的那些測試（如UL U305、U419和U423測試工序和方案），以及描述於由美國材料試 驗協會（ASTM)出版的規範E119(例如E119-09a)中的工序。這種測試中的一些包括使用 石膏面板構建測試組件，通常在由木或鋼壁骨（steel studs)形成的牆框架的每一面上單 層施用面板。取決於測試，組件可經受或不經受載荷力。組件（例如根據UL U305、U419和 U423構建的組件）的一側的表面根據加熱曲線（如ASTM E119工序中所述的那些）暴露於 增加的溫度一段時間。
[0006] 在測試過程中監測靠近受熱側的溫度以及組件的未受熱側的表面處的溫度，以評 價暴露的石膏面板所經受的溫度以及傳遞通過組件到達未暴露面板的熱量。當面板具有一 個或多個結構破壞時和/或當組件的未暴露側上的溫度超過預定閾值時，終止測試。通常， 這些閾值溫度基於這種傳感器中的任一者處的最大溫度和/或在組件的未受熱側上的傳 感器的溫度的平均值。
[0007] 如在UL U305、U419和U423以及ASTM E119中所述的那些的測試工序涉及組件對 熱量傳遞通過整個組件的抗性。在一方面，所述測試也提供了當組件經受高溫加熱時，組件 中所用的石膏面板對在χ-y方向（寬度和長度）上的收縮的抗性的量度。這種測試也提供 了面板對結構完整性的損失的抗性的量度，所述結構完整性的損失產生牆組件中的面板之 間的開放間隙或空間，從而導致高溫進入組件的內部腔體。在另一方面，所述測試提供了石 膏面板抵抗熱量傳遞通過面板和組件的能力的量度。據信這種測試反映了特定系統提供建 築物居住者和消防員/火災控制系統解決或逃離火災條件的機遇之窗的能力。
[0008] 在過去，使用多種策略來改進耐火級石膏面板的耐火性。例如，已提供了更厚更致 密的面板芯，其相對於緻密度較低的石膏面板使用更多石膏，並因此包括增加量的化學結 合於石膏（硫酸鈣二水合物）內的水以充當散熱器來降低面板收縮，並增加結構穩定性和 面板的強度。或者，已將包括玻璃纖維和其他纖維的各種成分摻入石膏芯中，以通過增加芯 的拉伸強度和通過在整個芯基質中分布收縮應力而提高石膏面板的耐火性。類似地，已在 過去使用某些粘土（如尺寸小於約1微米的那些）和膠體二氧化矽或氧化鋁添加劑（如尺 寸小於1微米的那些）的量，以在石膏面板芯中提供增加的耐火性（和耐高溫收縮性）。然 而公認的是，通過降低芯中的石膏量而降低石膏面板的芯的重量和/或密度將不利地影響 面板的結構完整性和它們對火和高熱條件的抗性。
[0009] 另一方法是將非膨脹蛭石（也稱為蛭石礦石）和礦物纖維或玻璃纖維添加至石膏 面板芯中。在這種方法中，預期蛭石在受熱條件下膨脹，以彌補芯的石膏組分的收縮。據信 礦物纖維/玻璃纖維將石膏基質的部分保持在一起。持續需要開發更不易受極端熱量的損 壞作用的影響的例如更低重量的石膏產品。
[0010] 應了解，本【背景技術】描述已提供用於協助讀者，並不被當作對現有技術的引用，也 不被當作表示所指出的問題的任意者本身在本領域中得以認知。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖la-b為根據本發明的用於石膏面板的示例性配方的表（表Ia-b)。
[0012] 圖2為顯示了如實例1中所述的根據本發明的一些實施例的隨背面紙（back paper)中的氫氧化鋁（ATH)含量而變化的板樣品的以分鐘計的平均高溫隔熱指數（ΤΙ)時 間的圖。顯示了每個板樣品數據點的以lb/msf計的板重量。
[0013] 圖3a-C為具有不同量的ATH的實例2A中的樣品1-9的高溫隔熱指數（TI)、高溫 收縮（S)和高溫熱膨脹（TE)測試的表（表Ila-c)。
[0014] 圖4為根據本發明的一些實施例，作為以灰泥重量計的重量百分比的ATH的量相 對於獲自實例2A、樣品3-9的圖3a的表lib中的測試數據的高溫隔熱指數（TI)的圖。
[0015] 圖5a_c為根據本發明的一些實施例，具有不同量的ATH的實例2B中的樣品10-17 的高溫隔熱指數（TI)、高溫收縮（S)和高溫熱膨脹（TE)測試的表（表Illa-c)。
[0016] 圖6a_b為根據本發明的一些實施例，具有ATH的實例2C中的樣品18-20的高溫 隔熱指數（TI)、高溫收縮（S)和高溫熱膨脹（TE)測試的表（表IVa-b)。

【具體實施方式】
[0017] 根據如下詳細描述和所附附圖可了解本發明的可選擇的方面和特徵。如可了解， 與本文公開的具有高效散熱添加劑（HEHS添加劑）的石膏產品相關的原理能夠在其他和不 同的實施例中實施，並能夠在各個方面進行修改。因此，應了解如下詳細描述僅為示例性和 解釋性的，且不限制所公開的原理的範圍。
[0018] 本發明的一些實施例提供了一種石膏產品，所述石膏產品包含如下，基本上由如 下組成，或由如下組成：至少部分由至少一個覆蓋片材覆蓋的凝固石膏芯，例如所述覆蓋片 材中的至少一個包含如下，基本上由如下組成，或由如下組成：例如紙和至少一種高效散熱 添加劑，例如氫氧化鋁。
[0019] 本發明的一些實施例涉及一種石膏面板，所述石膏面板包含設置於兩個覆蓋片 材之間的凝固石膏芯，所述凝固石膏芯由至少水、灰泥和至少一種高效散熱添加劑（例 如ATH)形成，所述面板具有約271b/ft 3(約430kg/m3)至約371b/ft3(約590kg/m3)的 密度和大於約17分鐘的高溫隔熱指數。高溫隔熱指數可根據可在網址www. astm. org/ DATABAS E. CART/W0RKITEMS/WK25392. htm獲得或以其他形式或格式得自ASTM國際的報告 ASTMWK25392-石膏面板產品的物理測試的C473-09標準測試方法的修訂（下文稱為"ASTM 公布WK25392"）測定。
[0020] 本發明的一些實施例也提供了一種石膏面板，所述石膏面板包括設置於兩個覆蓋 片材之間的凝固石膏芯，所述凝固石膏芯由至少水、灰泥和至少一種高效散熱添加劑（例 如ATH)形成，所述面板具有約271b/ft 3 (約430kg/m3)至約371b/ft3 (約590kg/m3)的密度， 且所述面板有效抑制熱量傳遞通過根據UL U419工序製得的所述面板的組件，其中一個表 面暴露於熱源，且相對的未受熱表面包括應用於其上的多個傳感器，使得當根據UL U419測 量，熱源遵循根據ASTM標準E119-09a的時間-溫度曲線，且傳感器以根據ULU419工序的圖 案排列時，在約30分鐘的運行時間時未受熱表面上的最大單個傳感器溫度小於約415° F。
[0021] 在製造石膏產品時有利的是降低產品的重量而不損失有益的性質，如物理強度。 例如，對於牆板，諸如拔釘阻力和芯硬度的芯強度特性具有由牆板工業設定的最小標準。而 且，由於板的石膏含量的降低（如重量降低所需），滿足牆板耐火性能（如X類型分類所需 的耐火性能）是具有挑戰性的。一部分石膏的去除有效減小了石膏所顯示的一些散熱能 力，如在高溫下石膏的結合水的損失。本發明的一些實施例利用至少一種高效散熱添加劑 的存在而彌補了石膏的損失。
[0022] 在本發明的實施例中，石膏產品或可用於製備石膏產品的方法中的組成組分包括 一種或多種在本文稱為高效散熱添加劑（"HEHS添加劑"）的添加劑。HEHS添加劑在導致 石膏產品的石膏二水合物組分脫水以及水蒸汽從其釋放的溫度範圍內的散熱能力超過可 相比的量的石膏二水合物的散熱能力。這種添加劑可選自在與石膏二水合物相同或類似 的溫度範圍內分解、從而釋放水蒸汽的組成，如氫氧化鋁或其他金屬氫氧化物（如氫氧化 鎂）。儘管可使用相對於可相比的量的石膏二水合物具有增加的散熱效率的其他HEHS添加 劑（或HEHS添加劑的組合），但優選的HEHS添加劑提供相對於石膏二水合物足夠增加的散 熱效率，以在HEHS添加劑用於旨在用於耐火或其他高溫應用中的石膏產品中時彌補HEHS 添加劑的重量的任何增加或其他不利性質。
[0023] 例如，在實施例中，當一種或多種HEHS添加劑暴露於顯著的溫度增加時，其發生 吸熱反應以吸收熱量。在一些這種實施例中，每單位質量的HEHS添加劑的分解（其可為脫 水反應）熱消耗至少約685焦耳/克，在其他實施例中至少約1000焦耳/克，在其他實施例 中消耗約1100至約1400焦耳/克。分解熱可為例如下表所列。在表中，"X"表示"約[頂 行中的對應的值]至約[最左列中的對應的值]"的範圍。例如，第一個"X"為"約1000焦 耳/克至約1100焦耳/克"的範圍。
[0024]

【權利要求】
1. 一種石膏產品，其包括： 至少部分由至少一個覆蓋片材覆蓋的凝固石膏芯； 所述覆蓋片材中的至少一個包括紙和氫氧化鋁。
2. 根據權利要求1所述的石膏產品，其中所述氫氧化鋁以相對於無氫氧化鋁的石膏產 品的高溫隔熱指數有效增加所述石膏產品的高溫隔熱指數的量存在。
3. 根據權利要求1或2所述的石膏產品，其中所述紙由至少紙漿和氫氧化鋁形成，且其 中所述氫氧化鋁以乾燥時的所述紙漿的約5重量％至約40重量％的量存在。
4. 根據權利要求1-3中任一項所述的石膏產品，其中所述石膏產品為面板，且所述面 板具有約271b/ft3(約430kg/m 3)至約371b/ft3(約590kg/m3)的密度和大於約17分鐘的 高溫隔熱指數，所述高溫隔熱指數根據ASTM公布WK25392測定。
5. 根據權利要求1-4中任一項所述的石膏產品，其中所述石膏產品為面板，且所述面 板具有約271b/ft3 (約430kg/m3)至約371b/ft3 (約590kg/m3)的密度，且所述面板有效抑 制熱量傳遞通過根據UL U419工序製得的所述面板的組件，其中一個表面暴露於熱源，且相 對的未受熱表面包括應用於其上的多個傳感器，使得當根據UL U419測量，熱源遵循根據 ASTM標準E119-09a的時間-溫度曲線，且所述傳感器以根據UL U419工序的圖案排列時， 在約30分鐘的運行時間時所述未受熱表面上的最大單個傳感器溫度小於約415° F。
6. 根據權利要求5所述的石膏產品，其中所述組件在所述面板之間包括隔離材料。
7. -種石膏面板，其包括設置於兩個覆蓋片材之間的凝固石膏芯， 所述凝固石膏芯由至少水、灰泥和氫氧化鋁形成， 所述面板具有約271b/ft3 (約430kg/m3)至約371b/ft3 (約590kg/m3)的密度和大於約 17分鐘的高溫隔熱指數，所述高溫隔熱指數根據ASTM公布WK25392測定。
8. 根據權利要求7所述的石膏面板，其中所述氫氧化鋁以所述灰泥的約2重量％至約 10重量％的量存在。
9. 一種石膏面板，其包括設置於兩個覆蓋片材之間的凝固石膏芯， 所述凝固石膏芯由至少水、灰泥和氫氧化鋁形成， 所述面板具有約271b/ft3 (約430kg/m3)至約371b/ft3 (約590kg/m3)的密度，且所述 面板有效抑制熱量傳遞通過根據UL U419工序製得的所述面板的組件，其中一個表面暴露 於熱源，且相對的未受熱表面包括應用於其上的多個傳感器，使得當根據UL U419測量，熱 源遵循根據ASTM標準E119-09a的時間-溫度曲線，且所述傳感器以根據UL U419工序的 圖案排列時，在約30分鐘的運行時間時所述未受熱表面上的最大單個傳感器溫度小於約 415° F〇
10. 根據權利要求9所述的石膏面板，其中所述組件在所述面板之間包括隔離材料。
【文檔編號】C04B28/14GK104114512SQ201380008520
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年2月13日 優先權日:2012年2月17日
【發明者】C·陳, W·D·宋, B·曹, G·羅森塔爾, 餘強, S·維拉瑪斯納尼 申請人:美國石膏公司