用水分散預凝膠澱粉製造石膏產品的方法

2023-07-19 00:07:21 3

專利名稱：：用水分散預凝膠澱粉製造石膏產品的方法
技術領域：
：本發明涉及一種在水中預分散預凝膠澱粉，並將該澱粉分散體加到含石膏漿中的方法。該方法可用於製造含石膏產品，包括板強度增加和板重量減少的石膏牆板。
背景技術：
：石膏(二水合硫酸鈣)的某些性能使其在工業和建築產品，尤其是石膏牆板的製造中很受歡迎。石膏是一種豐富和廉價的原料，其通過脫水(或焙燒)和再水合過程，可以鑄造、模塑或以其它方式形成有用的形狀。作為石膏牆板和其它石膏產品製造來源的基底材料是硫酸鈣的半水合物形式(CaS044/2H20)，通常稱作"灰泥"，它是由硫酸鈣二水合物形式(CaS04'2H20)加熱轉化，從中除去1-1/2分子水產生。再水合後，半水合物分解，石膏晶體沉澱，結晶狀物質定型並變成固體，提供凝固的石膏材料。為了製造含石膏產品，一般要先製備含石膏漿。含石膏漿可包含灰泥和水，以及其它已知的成分和添加劑，例如澱粉、分散劑、促進劑、粘合劑、玻璃纖維和紙纖維等。已知澱粉是凝固的石膏芯內石膏晶體的很好的粘合劑，可增加板強度。此外，澱粉可發揮作用，為牆板產品中凝固的石膏芯和表面之間提供良好的接觸面。在本領域，細磨的(如，其中>99%的顆粒穿過100目篩)預凝膠玉米澱粉在含石膏漿中的應用是已知的。然而，細磨澱粉產生不易沉降的細小粉塵。另一個問題是該細磨澱粉會要求額外的處理水。例如，l磅幹細磨澱粉會增加需水量約101b/MSF(MSF為1000平方英尺的工業術語)。粗澱粉，即粒徑較大的澱粉，可用在含石膏漿中，因為它粉塵較少且易於處理。此外，在漿體中較大粒徑需水量較少。然而由於粒徑較大，用標準的幹基工藝，例如在極短期內通過接觸時間典型地小於l秒的板混合器混合水和灰泥，難以在石膏漿中充分分散粗澱粉。如果可以找到一種方法有效應用粒徑較大的預凝膠澱粉，可減少用水，實現節約成本。另外，使用粒徑較大的預凝膠澱粉可增加板強度，因此成為對本領域有用的貢獻。
發明內容在一種實施方式中，本發明包括用於製造具有凝固的石膏心的石膏牆板的含灰泥漿(stucco-containingslurry)，其中該含灰泥漿包括灰泥和預凝膠澱粉的水預分散體。該預凝膠澱粉具有下列範圍內的粒徑分布d(0.1)=約20誦35^1，d(0.5)=約60-110^，d(0.9)=約100-220ji。漿體中還可使用其它常規成分，適當地包括分散劑(如萘磺酸鹽)、增強劑(如三偏磷酸鹽)、促進劑、粘合劑、紙纖維、玻璃纖維和其它己知成分。還可以加入肥皂泡沬以降低最終石膏牆板產品的密度。本發明的另一種實施方式包括一種通過製備包括水、灰泥和預凝膠澱粉的含灰泥漿來製造石膏牆板的方法，其中預凝膠澱粉在水中預分散。該預凝膠澱粉具有下列範圍內的粒徑分布:~d(0.1)=約20-35^1，d(0.5)=約60-110n，d(0.9)=約100-220p。預凝膠澱粉在水中預分散之後，將該預凝膠澱粉分散體加到含灰泥漿中。產生的含灰泥漿在第一紙板層(papercoversheet)上沉積，然後將第二紙板層置於沉積的漿體上形成石膏牆板。為了切割，含石膏漿充分硬化後，切割該石膏牆板，然後乾燥得到的石膏牆板。漿體中還可使用其它常規成分，適當地包括分散劑(如萘磺酸鹽類)、增強劑(如三偏磷酸鹽類)、促進劑、粘合劑、紙纖維、玻璃纖維和其它己知成分。可以加入肥皂泡沫以降低最終石膏牆板產品的密度。附圖簡要說明圖1為描述本發明一種實施方式中，預凝膠玉米澱粉兩種代表性樣品的粒徑分布和累積分布的表圖。具體實施例方式在本發明中，意外地發現，預凝膠玉米澱粉研磨至特定粒徑範圍，然後在水中預分散，再加到含灰泥漿中可得到石膏牆板。任何合適的標準商業粉磨設備均可用於這一目的。研磨可通過使用如篩分機(sifter)來完成。預凝膠玉米澱粉的粒徑分布(PSD)是本發明的關鍵特徵，其應處於下列範圍內d(0.1)=約20畫35^1，d(0.5)=約60-110p，d(0.9)=約100誦220p。如圖l所示，粒徑範圍可以用例如來自新帕泰克有限公司(SymopatecGmbh，克勞斯塔爾-採勒費爾德，德國)的新帕泰克粒度分析儀(雷射衍射技術)，或其它商業上可得到的測量儀器進行確定。上述值代表體積百分率，即d(0.1)表示顆粒總體積的10%具有小於或等於約20n-35|a的直徑，而其餘的90%的直徑大於20n-35wd(0.5)表示顆粒總體積的50%具有小於或等於約60p-l10|i的直徑，而其餘的50%的直徑大於60^110wd(0.9)表示顆粒總體積的90%具有小於或等於約100h-220h的直徑，而其餘的10%的直徑大於100n-220p。一種優選的預凝膠玉米澱粉的PSD為d(0.1)=25p，d(0.5)=80n，d(0.9)=150|i。另一種更優選的預凝膠玉米澱粉的PSD為d(0.1)=20fi，d(0.5)=60p，d(0.9)=100p。澱粉，尤其包括預凝膠玉米澱粉，必須用在根據本發明製備的含灰泥漿中。優選的預凝膠澱粉為預凝膠玉米粉，例如來自邦吉公司(Bimge，密蘇裡州，聖路易斯)的預凝膠玉米粉，其具有下列典型的分析特徵水分7.5%，蛋白質8.0%，油0.5%，粗纖維0.5%，灰分0.3%;溼強度為0.48psh松密度為35.01b/ft3。預凝膠玉米澱粉的用量可達到約10%的重量，以含灰泥漿中所用的幹灰泥的重量為基準。其它有用的澱粉包括但不限於預凝膠大米澱粉和預凝膠小麥澱粉。水/灰泥(W/S)比率或"WSR"，是一個重要的參數，因為最後必須通過加熱除去過量的水而造成浪費，而且由於加熱過程中所用燃料成本高導致費用昂貴。工藝水用量和隨之發生的WSR保持在低水平是有利的。在本發明的一種實施方式中，WSR可以為約0.31.5，取決於澱粉使用水平和灰泥的性質(顆粒大小/形狀)。在一種優選實施方式中，WSR可以為約0.31.2，該範圍顯示需水量大大降低。本發明可選擇地使用萘磺酸鹽分散劑，包括聚萘磺酸及其鹽(聚萘磺酸鹽)以及衍生物，該衍生物為萘磺酸和甲醛的冷凝產物。可取的聚萘磺酸鹽尤其包括萘磺酸鈉和萘磺酸鈣。萘磺酸鹽的平均分子量可以為約300020000，分子量約為8000-10000的更為優選。分子量較大的分散劑具有較高的粘性，且在成型過程中產生的需水量更高。有用的萘磺酸鹽包括來自Henkd公司的LOMARD，來自GEO特種化學品公司(俄亥俄州，克利夫蘭)的DILOFLO，來自Hampshire化學公司(麻薩諸塞州，萊剋星頓)的DAXAD。優選萘磺酸鹽以水溶液形式使用，例如，固體物含量約4045%重量的水溶液。本發明中有用的聚苯磺酸鹽具有以下通式(I):formulaseeoriginaldocumentpage8其中">2，M為Na，K，Ca等。例如，萘磺酸鹽分散劑為約45%重量的水溶液，其使用範圍以石膏複合配方中所用幹灰泥重量計，約為0.5°/。2.5%重量。萘磺酸鹽分散劑優選範圍為幹灰泥重量的約0.7%1.5%重量，最優選範圍為幹灰泥重量的約0.7%1.2%重量。本發明的實施方式中可選擇地使用增強劑，包括偏磷酸鹽和聚磷酸鹽。根據本發明可使用任何適合的水溶性偏磷酸鹽或聚磷酸鹽。優選使用三偏磷酸鹽，包括復鹽，即具有兩個陽離子的三偏磷酸鹽。尤其有用的三偏磷酸鹽包括三偏磷酸鈉、三偏磷酸鉀、三偏磷酸鈣、三偏磷酸鈉鈣、三偏磷酸鋰、三偏磷酸銨等，或其聯合。優選的三偏磷酸鹽為三偏磷酸鈉。優選三偏磷酸鹽作為水溶液形式使用，例如圓體物含量為約10%15%重量的水溶液。正如Yii等人的美國專利No.6409825中所描述，還可使用其它環狀或非環聚磷酸鹽，在此納入作為參考。三偏磷酸鈉是已知的含石膏組合物中的增強劑，但是它一般以石膏漿中幹灰泥重量的約0.05%0.08%的重量使用。本發明的實施方式中，三偏磷酸鈉(或其它水溶性偏磷酸鹽或聚磷酸鹽)可以以石膏複合物配方中幹灰泥重量的約0.12%0.4%的重量存在。三偏磷酸鈉(或其它水溶性偏磷酸鹽或聚磷酸鹽)的優選範圍是石膏複合物配方中幹灰泥重量的約0.120.3%重本發明實施方式中可使用紙纖維。紙纖維的有用形式為漂白或未漂白的白紙(virginpaper)纖維。其它纖維素纖維材料也可單獨或與紙纖維結合使用。本發明的含石膏組合物中可使用促進劑，例如，Yu等的美國專利No.6409825中描述的溼石膏促進劑(WGA),在此納入作為參考。一種可取的耐熱促進劑(HRA)可用建築石膏(二水合硫酸鈣)的幹磨製成。少量的添加劑(通常約5%重量)如糖、右旋糖、硼酸和澱粉可用於製造該HRA。糖和右旋糖為目前的首選。另一個有用的促進劑是美國專利No.3573947所描述的"氣候穩定的促進劑"(climatestabilized/stableaccelerator,CAS)，在此納入作為參考。根據本發明實施方式製造的石膏牆板包括板層或面層(coversheetsorsurfacesheets)，含石膏槳製造的凝固的石膏芯在它們之間形成。根據本發曰月，含石膏漿包括具有上述粒徑的預凝膠玉米澱粉。凝固的含石膏芯材料為三明治狀，夾在兩個大體上平行的板層如紙板層中間。本領域己知有多種不同類型的紙板層，所有這些類型的紙板層均可用於本發明。還可使用包含墊玻璃或聚合物纖維的板層。預分散的預凝膠玉米澱粉可已在混合過程的任何時間加入，用來形成含石膏漿。優選地，預分散的預凝膠玉米澱粉以下述方式加入將水預分散的預凝膠玉米澱粉注入灰泥混合器，例如距離現有的水噴嘴大約IO英寸遠。預分散的預凝膠澱粉可以為水中約10%重量的澱粉。為了實現期望的澱粉溶液，用於分散和溶解大顆粒幹預凝膠玉米澱粉的水的溫度優選高於55°F。來自Admk公司(新罕布夏州，曼徹斯特)的Rotosolver⑧分散劑，可用於幫助消除10%預混合預凝膠玉米澱粉懸浮液中的白斑點(fisheyes)。為了最終的研磨和溶解，可在引入預分散澱粉後，使用來自Admix(新罕布夏州，曼徹斯特)的BostonShearpump。如上討論，在製造含石膏漿時，通過預分散具有較優PSD的預凝膠澱粉實施本發明。需水量只增加約6-71b/MSF，而提供了最大的強度改善和粘著力。即，需水量從約101b/MSF下降，從而節約成本。另外，不管澱粉是否進行預分散，用這些配方製成的K英寸的石膏牆板的板重量可減少約100-1501固SF。下列實施例進一步闡明本發明。它們不應解釋為以任何形式限制本發明的範圍。實施例1:包括預分散的水澱粉的石膏漿配方樣品表1顯示示範的含石膏漿配方。表1的值表示基於幹灰泥重量的重量百分比。括號內的值為以磅為單位的乾重(lb/MSF)。表l:tableseeoriginaldocumentpage10tableseeoriginaldocumentpage11實施例2:用預分散的澱粉製備石膏牆板用實施例1的石膏漿配方A製備石膏牆板樣品，根據Yu等的美國專利No.6342284和No.6632550，在此納入作為參考，但例外的是，預凝膠玉米澱粉在70。F水中，以10%的重量進行預分散。該預分散的(溼)預凝膠玉米澱粉(水分散體)以下述方式添加在距離現存的水噴嘴10英寸處，將水預分散的預凝膠玉米澱粉注入灰泥混合器中。這包括泡沫的單獨產生和泡沫引入至其它成分的漿體中，如這些專利中實施例5所述。所得牆板具有的乾重為1501lb/MSF，釘拉阻力係數為86.01bs，如下表2所示。實施例3:用預分散的(溼)預凝膠玉米澱粉和幹預凝膠玉米澱粉製備i/2英寸石膏牆板的比較測試根據實施例2(即溼配方A)製備的石膏牆板，並與幹配方A(用正常的幹預凝膠玉米澱粉)和對照物進行比較。幹配方A漿和對照漿中使用的澱粉沒有進行預分散。表2:tableseeoriginaldocumentpage11tableseeoriginaldocumentpage121在水中預分散的澱粉245%水溶液3卯叩/卯％相對溼度4應該很清楚地認識到接受的卞ASTM標準77lbMD:機器方向CMD:跨機器方向，10°/。的重量，在這些測試條件下，失敗率<50%的百分比是可以根據ASTMC-473完成釘拉阻力，邊緣和核心硬度，以及彎曲強度的測試。另外，應指出的是，典型的石膏牆板大約V^英寸厚，重量介於約160018001b/MSF之間。如表2所示，用溼或幹的配方A漿製備的牆板，提供的板重的減少大於1001b/MSF。而且，測試結果表明用預分散的澱粉製備的溼配方A板，表現優於幹配方A板，尤其在釘拉阻力方面。所有參考文獻，包括在此的出版物，專利申請和專利，特此納入在同等程度上參考，猶如個別地和特定地指出每篇參考文獻均被納入作為參考，並在此全部列出。在描述本發明的上下文(特別是權利要求書上下文)中所用的術語"一"、"一個"，"這個/該"(a，an,the)及類似指稱應理解為包括單數和複數，除非本文另有說明或者明確地否認。此處數值範圍的列舉僅作為一種逐個指出落入該範圍的每個獨立值的速記方法，除非本文另有說明。每個獨立的值被納入說明書中，猶如其被本文單獨列出。本文描述的所有方法可以任何適合的順序完成，除非本文另有說明或明確地否認。本文提供的任何和所有實施例，或示範性語言(如"例如")，僅為了更好地解釋說明本發明，並不限制本發明的範圍，除非另有聲明。說明書中的語言不應解釋為將任何未要求的元素作為本發明實踐的要素。在此描述了本發明優選實施方式，包括發明人所知道的實施本發明的最佳模式。應當認識到解釋說明的實施方式僅是示範性的，不應被視為限制本發明的範圍。權利要求1、用於製造具有一凝固的石膏芯的石膏牆板的含灰泥漿，該含灰泥漿包括灰泥，和一預凝膠澱粉的水預分散體。2、根據權利要求1所述的含灰泥漿，其中該預凝膠澱粉具有如下範圍的粒徑分布d(0.1),20p-35^d(0.5"約60^1-110^1，d(0.9)-約100ju-220|li。3、根據權利要求1所述的含灰泥漿，其中該預凝膠澱粉具有的粒徑分布為d(0.1),25p，d(0.5"約80p，d(0.9)=約150p。4、根據權利要求1所述的含灰泥漿，其中該預凝膠澱粉具有的粒徑分布為d(0.1)4勺20p，(1(0.5)=約60|i，(1(0.9)=約lOOn。5、根據權利要求1所述的含灰泥漿，其中該含灰泥漿進一步包含三偏磷酸鈉。6、根據權利要求1所述的含灰泥漿，其中該含灰泥漿進一步包含萘磺酸鹽分散劑。7、根據權利要求1所述的含灰泥漿，其中水/灰泥比率約為0.31.5。8、根據權利要求1所述的含灰泥漿，其中該預凝膠澱粉以基於灰泥重量的約10%重量的量存在。9、一種製造石膏牆板的方法，包括下述步驟(a)製備包括預凝膠澱粉、灰泥和水的含灰泥漿；(b)提供具有在下述範圍粒徑分布的預凝膠澱粉；d(0.1)二約20p-35fi;d(0.5)=約60^-110p;d(0.9"約10(Hi-220|i;(c)在水中形成預凝膠澱粉的預分散體；禾口(d)將預凝膠澱粉的預分散體加到含灰泥漿中。10、根據權利要求9所述的方法，進一步包括(e)將含灰泥漿沉積在一第一板層上；(f)將一第二板層置於沉積漿上形成石膏牆板；(g)在含灰泥漿充分硬化後，切割該石膏牆板；和(h)乾燥該石膏牆板。11、根據權利要求9所述的方法，其中含灰泥漿進一步包括加入以灰泥重量計，約0.12%~0.4%重量的三偏磷酸鈉，以及以基於灰泥重量約0.5%2.5%重量存在的45%重量的萘磺酸鹽分散劑水溶液。12、根據權利要求10所述的方法，其中第一板層和第二板層由紙製成。13、根據權利要求9所述的方法，其中預凝膠澱粉是澱粉在水中約10%重量的預分散體。14、根據權利要求9所述的方法，其中預凝膠澱粉以基於灰泥重量約10%重量的量存在。15、根據權利要求9所述的方法，其中預凝膠澱粉具有的粒徑分布為d(0.1)-約25p,(1(0.5)=約80^，d(0.9)4勺150n。16、根據權利要求9所述的方法，其中預凝膠澱粉具有的粒徑分布為d(0.1)=約20p，d(0.5)=約6(V，d(0.9)=約100卜17、一種製造石膏牆板的方法，包括下述步驟(a)製備包括預凝膠澱粉、灰泥和水的含灰泥漿；(b)提供下述粒徑分布形式的預凝膠澱粉d(0.1)-約20p，d(0.5)=約60ji，d(0.9"約100po(c)在水中形成預凝膠澱粉的預分散體；(d)將預凝膠澱粉的預分散體加到含灰泥漿中；(e)將含灰泥漿沉積在一第一板層上；(f)將一第二板層置於沉積漿上形成石膏牆板；(g)在含灰泥漿充分硬化後，切割該石膏牆板；和(h)乾燥該石膏牆板。全文摘要本發明提供包括灰泥和預凝膠澱粉的水預分散體的含石膏漿。還提供了一種製造石膏牆板的方法，即通過提供預凝膠澱粉在水中的預分散體，將該預凝膠澱粉的預分散體加入到含石膏漿中製成。該預凝膠澱粉具有下述範圍的粒徑分布d(0.1)＝約20μ-35μ，d(0.5)＝約60μ-110μ，d(0.9)＝約100μ-220μ。文檔編號B32B13/00GK101479099SQ200780023941公開日2009年7月8日申請日期2007年4月6日優先權日2006年4月28日發明者強於,衛新·戴維·宋申請人:美國石膏公司