具有改善的固著強度的建築板材的製作方法

2023-04-30 13:09:16

本發明涉及用於在建築物建造中使用的板材(panel)。具體地，本發明涉及用於提供可將物品例如洗滌盆、電視機、或暖氣片固定(affix)至其的隔板(partition)的板材。
背景技術：
：輕質板材例如灰泥板(plasterboard)(例如石膏(gypsum)灰泥板)、聚苯乙烯板和纖維板常被用於提供建築物內的隔板。它們用於該應用的優點包括如下事實：它們是輕的並且安裝快。然而，在一些情況下，這樣的輕質板材可具有如下缺點：它們未堅固到足以支承固定設施(fixture)(例如洗滌盆、電視機、暖氣片、滅火器、架子和需要附著至所述板材的任何其它物品)。在這樣的情況下，所述固定設施的重量可導致固著工具(例如螺釘)從所述板材拔出，使得所述固定設施從所述隔板脫離。典型地，該問題一直是通過如下而解決的：提供膠合板片材來提高所述板材的固著強度。在此情況下，將所述膠合板片材提供在所述板材的與所述固定設施位於其上的側相反的側上。所述膠合板片材可提供對於保持用於將所述固定設施緊固至所述板材的一個或多個固著工具(例如螺釘)而言提高的強度。典型地，將所述膠合板片材安置在隔板框架內，然後將灰泥板固著至所述膠合板，使得其位於所述隔板框架外部。作為一種替代方案，可提供金屬支承工具。這些可包括固著板片(plate)、槽、條、或金屬緊固件。如膠合板片材的情況那樣，所述金屬支承工具通常被安置在所述板材的與所述固定設施待緊固至其的側相反的側上，並且起到接收和緊固用於將所述固定設施附著至所述板材的固著工具例如固著螺釘的作用。這兩種布置均具有如下缺點：它們要求所述板材和所述額外的支承部件在現場彼此固定。而且，當使用金屬支承工具時，可需要多個這樣的支承工具來支承將所述固定設施緊固至所述板材所需要的全套固著工具。因此，安裝過程可為耗時和昂貴的。此外，金屬支承工具或膠合板片材的加入使所述隔板的重量和厚度增加，和/或導致空心牆空間的減少。通常，所述膠合板本身必須在現場切割到規定尺寸，從而增加了安裝所需要的時間並且可能導致粉塵和可能有害的成分的釋放。因此，對於提供如下的改進的板材存在需要：其能夠保持固定工具和支承固定設施，並且其不需要耗時的安裝過程。技術實現要素：已經對使用聚合物型添加劑來加強石膏產品進行了研究。令人驚訝地，已經發現，通過使用澱粉和合成聚合物的組合，可實現在石膏產品的製造和性能方面的一些優點。因此，在第一方面中，本發明可提供石膏產品，其包括分布在其中的第一聚合物型添加劑和第二聚合物型添加劑，其中所述第一聚合物型添加劑為合成聚合物且所述第二聚合物型添加劑為澱粉。已經發現，澱粉和合成聚合物的組合可導致在石膏產品的製造和性能方面的以下優點的一個或多個：·提高的強度；·由於包含這兩種添加劑的灰墁漿料提高的流動性而引起的製造的更大容易性；和·提高的耐吸溼膨脹性。典型地，所述第一聚合物型添加劑以等於或大於所述第二聚合物型添加劑的量存在。然而，在一些情況下，所述第一聚合物型添加劑可以所述第一和第二添加劑的總量的小於40％、可能地小於30％的量存在。總體上，相對於所述石膏，所述第一和第二聚合物型添加劑的總量大於3重量％、優選地大於4重量％。典型地，相對於所述石膏，所述第一和第二聚合物型添加劑的總量小於15重量％、優選地小於13重量％。優選地，所述澱粉以相對於所述石膏產品的重量的1.0％或更大、優選地1.25重量％或更大、更優選地2.0重量％或更大的量存在。優選地，所述第一聚合物型添加劑為聚乙酸乙烯酯。所述澱粉可得自例如小麥、土豆、木薯、或玉米。優選地，所述澱粉得自玉米。在一些實施方式中，所述澱粉為天然澱粉(即，未改性澱粉)。在其它實施方式中，所述澱粉可為改性澱粉例如酸解(acid-thinned)澱粉。在一些實施方式中，所述澱粉為取代澱粉，所述取代澱粉例如描述於us7048794(將其特此引入作為參考)中。取代澱粉是已經化學反應以代替羥基官能團的一個或多個的澱粉衍生物。典型地，該過程涉及澱粉或者改性澱粉的醚化或酯化，其沿著澱粉聚合物骨架而附加醚或酯鍵。該過程區別於典型地對澱粉進行的其它改性例如氧化、酸解、交聯、和預凝膠化，儘管這樣的過程也可在用一種或多種類型的官能性(官能團)進行取代之前或之後應用於澱粉。認為，取代澱粉起到用於灰泥板的無機相例如石膏的有效粘結劑的作用，從而提高灰泥板的芯強度。優選地，所述澱粉不溶於冷水，但是在所述灰泥板的形成、固化(setting)、或乾燥期間的較高加工溫度下溶解。認為這限制了所述澱粉的過度遷移，使得其留在灰泥板芯中，以提供用於石膏晶體的粘結劑。所述取代澱粉可包括羥乙基化的、羥丙基化的、和/或乙醯化的澱粉。優選地，所述澱粉為羥乙基化的澱粉。所述澱粉可為遷移性(migratory)澱粉或非遷移性澱粉。非遷移性澱粉是被保持在灰泥板的芯內並且不遷移至板表面的澱粉。相比之下，遷移性澱粉典型地遷移至灰泥板的表面並且起到改善灰泥板芯對紙貼面(如果使用的話)的粘合的作用。可在本發明中使用的非遷移性澱粉的實例為糊精。優選地，在所述澱粉以相對於所述石膏為至少3重量％的水平存在的情況下，所述澱粉為遷移性澱粉。令人驚訝地，已經發現，在這些相對高的澱粉含量下，即使遷移性澱粉也會以足以增強灰泥板的固著強度的量保持在灰泥板芯內。同時，所述遷移性澱粉可輔助改善灰泥板芯對紙貼面(如果使用的話)的粘合，使得不需要在灰泥板內包括多個澱粉種類。在所述澱粉以相對於所述石膏為至少3重量％的水平存在的情況下，通常優選的是，所述澱粉為天然澱粉，而不是預凝膠化的澱粉。在這些相對高的澱粉水平下，預凝膠化的澱粉被認為賦予石膏漿料以過大的粘度。在其它情況下，所述澱粉可為預凝膠化的澱粉。在一些實施方式中，所述澱粉可選擇成在小於60℃的溫度下具有低的粘度(例如小於60cps的布魯克菲爾德粘度)、和在70℃的溫度下具有高得多的粘度(例如超過10000cps的布魯克菲爾德粘度)。這樣的澱粉描述於例如us8252110(將其特此引入作為參考)中。這些澱粉具有強烈依賴於溫度的流變學：認為，在低溫下，所述澱粉可分散在所述芯中以滲透到晶間空間中。溫度一高於60℃，所述澱粉的粘度就快速升高至非常高的水平以保證所述澱粉實際上留在所述芯中並且不遷移至芯/貼面界面。在一些情況下，所述澱粉可通過如下引入到石膏產品中：將麵粉(例如，小麥麵粉)添加至灰墁(灰泥，stucco)漿料。優選地，所述石膏產品包括嵌入其中的纖維。典型地，所述纖維以相對於所述石膏大於2重量％、優選地大於3重量％的量存在。典型地，所述纖維以相對於所述石膏小於10重量％、優選地小於7重量％的量存在。通常，所述纖維為玻璃纖維。優選地，所述石膏產品基本上不含硼。硼添加劑被認為在石膏產品的製造期間呈現出健康和安全性的風險。在一些實施方式中，所述石膏產品為灰泥板。通常，所述灰泥板具有紙貼面。這些紙貼面可包括纖維素纖維和玻璃纖維兩者，因為這被認為改善灰泥板的耐火性。在其它情況下，所述灰泥板可具有部分地或者完全地嵌入在其表面處的氈例如玻璃氈。在一些實施方式中，所述石膏產品包括疏水性添加劑例如矽油或蠟。在一些實施方式中，所述石膏產品可包含殺生物劑。在一些實施方式中，所述石膏產品可包含防縮劑例如未膨脹的蛭石、矽粉(microsilica)、和/或粘土，以改善產品的耐火性。一些實施方式可包括泡沫或輕質聚集體例如珍珠巖。本領域中知曉這樣的添加劑產生具有可接受的厚度的較低密度板。具體實施方式現在將僅通過舉例來描述本發明。使用以下總的方法製備石膏灰泥板：稱取灰墁和其它幹添加劑於袋中並且搖晃以將它們混合。稱取水和溼添加劑於碗(bowl)中。稱取纖維，將其添加至所述碗中的溼添加劑，並且使用電動混合器一起混合60s。將所述乾粉狀添加劑添加至所述碗中的溼添加劑並且用電動混合器混入其中30s。將所得漿料夾在兩張紙襯料之間並且容許水合25分鐘(從混合的時間起計量)。然後將所述板在烘箱中在160℃下乾燥1小時。所得灰泥板為15mm厚。實施例1由以下成分製備石膏灰泥板：·灰墁；·相對於所述灰墁為6重量％的量的聚乙酸乙烯酯(所述聚乙酸乙烯酯可以商品名mowiliths1獲得)；·相對於所述灰墁為6重量％的量的澱粉(所述澱粉可以商品名cflex03408獲得)；·相對於所述灰墁為3重量％的量的玻璃纖維。實施例2由以下成分製備石膏灰泥板：·灰墁；·相對於所述灰墁為6重量％的量的聚乙酸乙烯酯(所述聚乙酸乙烯酯可以商品名vinamul8481獲得)；·相對於所述灰墁為6重量％的量的澱粉(所述澱粉可以商品名cflex03408獲得)；·相對於所述灰墁為3重量％的量的玻璃纖維。實施例3由以下成分製備石膏灰泥板：·灰墁；·相對於所述灰墁為2.5重量％的量的聚乙酸乙烯酯(所述聚乙酸乙烯酯可以商品名vinamul8481獲得)；·相對於所述灰墁為2.5重量％的量的澱粉(所述澱粉可以商品名merifilm102獲得)；·相對於所述灰墁為5重量％的量的玻璃纖維。實施例4由以下成分製備石膏灰泥板：·灰墁；·相對於所述灰墁為3.75重量％的量的聚乙酸乙烯酯(所述聚乙酸乙烯酯可以商品名vinamul8481獲得)；·相對於所述灰墁為1.25重量％的量的澱粉(所述澱粉可以商品名merifilm102獲得)；·相對於所述灰墁為5重量％的量的玻璃纖維。實施例5由以下成分製備石膏灰泥板：·灰墁；·相對於所述灰墁為6.25重量％的量的聚乙酸乙烯酯(所述聚乙酸乙烯酯可以商品名mowilithsi獲得)；·相對於所述灰墁為6.25重量％的量的澱粉(所述澱粉可從grainprocessingcorporation以商品名coatmasterk57f獲得)；·相對於所述灰墁為3％的量的玻璃纖維實施例6由以下成分製備石膏灰泥板：·灰墁；·相對於所述灰墁為6重量％的量的聚乙酸乙烯酯(所述聚乙酸乙烯酯可以商品名vinamul8481獲得)；·相對於所述灰墁為0.5重量％的量的澱粉(所述澱粉可以商品名merifilm102獲得)；·相對於所述灰墁為2重量％的量的玻璃纖維實施例7由以下成分製備石膏灰泥板：·灰墁；·相對於所述灰墁為0.5重量％的量的聚乙酸乙烯酯(所述聚乙酸乙烯酯可以商品名vinamul8481獲得)；·相對於所述灰墁為6重量％的量的澱粉(所述澱粉可以商品名merifilm102獲得)；·相對於所述灰墁為2重量％的量的玻璃纖維實施例8由以下成分製備石膏灰泥板：·灰墁；·相對於所述灰墁為4.5重量％的量的聚乙酸乙烯酯(所述聚乙酸乙烯酯可以商品名vinamul8481獲得)；·相對於所述灰墁為1.5重量％的量的澱粉(所述澱粉可以商品名merifilm102獲得)；·相對於所述灰墁為2重量％的量的玻璃纖維實施例9由以下成分製備石膏灰泥板：·灰墁；·相對於所述灰墁為1.5重量％的量的聚乙酸乙烯酯(所述聚乙酸乙烯酯可以商品名vinamul8481獲得)；·相對於所述灰墁為4.5重量％的量的澱粉(所述澱粉可以商品名merifilm102獲得)；·相對於所述灰墁為2重量％的量的玻璃纖維對比例1a由以下成分製備石膏灰泥板：·灰墁；·相對於所述灰墁為12重量％的量的澱粉(所述澱粉可以商品名cflex03408獲得)；·相對於所述灰墁為3重量％的量的玻璃纖維。對比例3a由以下成分製備石膏灰泥板：·灰墁；·相對於所述灰墁為5重量％的量的澱粉(所述澱粉可以商品名merifilm102獲得)；·相對於所述灰墁為5重量％的量的玻璃纖維。對比例5a由以下成分製備石膏灰泥板：·灰墁；·相對於所述灰墁為12.5重量％的量的澱粉(所述澱粉可從grainprocessingcorporation以商品名coatmasterk57f獲得)；·相對於所述灰墁為3重量％的量的玻璃纖維流動性測量坍落(坍落物，slump)直徑作為在灰泥板的生產中使用的灰墁漿料的流動性的指標。該程序根據britishstandarden13963進行。所述直徑是在所述漿料經歷機械振動之前測量的。結果示於表1中。表1實例坍落直徑實施例1102mm實施例2102mm對比例1a95mm隨溼度的膨脹根據astmd1037從23℃和50％相對溼度的初始條件到20℃和90％相對溼度的最終條件測量隨溼度的膨脹。樣品為200mm長和50mm厚。結果示於表2中。表2實例隨溼度的膨脹實施例30.024實施例40.018對比例3a0.034螺釘拔出強度對已經在23℃的溫度和50％的相對溼度下調理的尺寸為100mm×100mm的樣品進行螺釘拔出試驗。將50mm單螺紋木螺釘穿過安置在所述樣品的表面上的金屬負荷傳遞元件而插入到所述樣品中。所述負荷傳遞元件具有配置成位於螺釘頭和樣品表面之間的第一部分、和配置成與試驗機接合以容許將負荷沿著所述螺釘的軸施加至所述螺釘的第二部分。將所述螺釘擰緊至1nm的扭矩。然後將所述試樣安裝在zwickuniversaltestingmachine上並且沿著所述螺釘的軸向所述螺釘施加10n的預負荷。隨後，通過設置10mm/分鐘的恆定十字頭速度而提高負荷，直至實現拔出。結果示於表3中。這些為各自由8個樣品所取的平均值。表3實例平均螺釘拔出強度n實施例3734對比例3a674實施例51523對比例5a1283實施例6797實施例7688實施例8783實施例9604當前第1頁12