石膏板组合物,该组合物的制备以及石膏板的制造技术

专利名称：石膏板组合物,该组合物的制备以及石膏板的制造技术
本发明涉及石膏板组合物，制备此组合物的方法以及制造耐火性被极大提高的石膏板的方法。
众所周知，用石膏板可以造隔墙、垂直或倾斜组件的覆盖层，或者可以造无论是悬挂还是不悬挂的天花板。
这些板通常具有一个基本上由石膏制成的芯板，在芯板的两个面上都覆盖有一个薄片作为增强以及作为面饰，它可以由纸板或矿物纤维毡片制成。
美国专利号US 3616173描述了一种低密度(在0.64到0.8g/cm3之间)耐火板，其芯板以石膏、玻璃纤维、粘土的混合物或非混合物、胶态二氧化硅和/或胶态氧化铝、以及可任选的非膨胀蛭石为基础。
在该专利中，特别指出干粉形式的氧化硅和氧化铝很难分散，而且还很昂贵。特别针对这个原因，该专利推荐使用粘土。根据该专利所述的石膏板具有极低的高温收缩量，但是它的耐火性有限。因此这种板不具备建造良好防火装置所需的性能。
欧洲专利申请号为0470914的申请在1992年公开了旨在用于防火装置的石膏板，其表面覆盖了一层以矿物和/或耐火材料的纱线和/或纤维为基础的增强材料。该板的芯板包括-55到94％的石膏；-0.1到5％的矿物和/或耐火纤维；-2到25％的二氧化硅；-1到15％的滑石和/或云母；以及-任选的氢氧化铝和/或膨胀蛭石。
自那以后，申请者在石膏板领域继续进行旨在同时提高其热机械强度、改进收缩行为、以及提高传热性的研究。
通过开发石膏板组合物，目前已经达到此目的，该组合物包括-从55到92％的可水合硫酸钙；-从0.1到5％的矿物和/或耐火纤维；
-从3到25％的矿物添加剂；-从1到5％的非膨胀蛭石；以及-从3到15％的水合氧化铝。
根据本发明的一个优选实施方案，对矿物添加剂的种类和用量进行选择，以便石膏板组合物包含至多2％的结晶二氧化硅和/或至多1％的多孔状结晶二氧化硅，也就是晶体大小小于5微米的二氧化硅。因此，这种组合物的优点是其结晶的，尤其是多孔的二氧化硅含量与国际癌症研究机构(International Agency for Research on Cancer)的推荐量一致，该机构建议尽可能地减少多孔状结晶二氧化硅的使用，这是因为人们认为该化合物具有最大的毒性。
本发明的第二个主题是一种制备石膏板组合物的方法，该方法中以上限定的石膏板组合物的各个组成部分以任意顺序混合。
最后，本发明的第三个主题是一种制造石膏板的连续方法，其基本上包括以下步骤-在混料机中混合该组合物的各种组分和水，制成浆料；-在增强材料上沉积所得浆料，然后用另一种增强材料覆盖在浆料上表面并使之成形；-在适当的地方，通过在异形带上模塑该新板，使前面得到的板的边缘成形，该成形步骤特别包括斜削该板的边缘部分；-在生产线上，当可水合硫酸钙板的板条在传送带上运送的时候，液压定形可水合硫酸钙；-在生产线的末端把板条切割成预定长度；以及-干燥所得的板。
现在将在说明书中详细描述本发明的其它技术特征和优点，它们跟在


之后，参照附图给出，其中-图1显示对照板和板A和B的收缩变量对时间的函数；-图2显示在另一个测试中对照板和板B、C和的收缩变量对时间的函数；-图3显示对照石膏板和石膏板A和B的未暴露面的温度升高情况；-图4显示在另一个测试中对照石膏板和石膏板B和C的未暴露
面的温度升高情况；以及-图5显示在另一个测试中对照石膏板和石膏板D的未暴露面的温度升高情况。
因此本发明的主题是一种石膏板组合物，其能够用来制造耐火性被极大提高的石膏板。
这种组合物包括(对应于完全干燥混合物的百分数％)-从55到92％的可水合硫酸钙；-从0.1到5％的矿物和/或耐火纤维；-从3到25％的矿物添加剂；-从1到5％的非膨胀蛭石；以及-从3到15％的水合氧化铝。
在本文的上下文中，术语“可水合硫酸钙”应该理解为无水硫酸钙(无水石膏II或III)或α或β晶形的半水合硫酸钙(CaSO4·1/2H2O)。这些化合物为本领域技术人员所熟知，它们通常通过烘烤石膏得到。
矿物和/或耐火纤维优选为玻璃纤维。它们可短(平均3到6mm)可长(平均10到24mm)，或者也可以是中等长度。优选使用具有13mm±5mm的单一长度的玻璃纤维。
具体而言是使用来自E型玻璃的纤维，它们可能具有两种形态，一种称为“粗纱”，包括玻璃单纱，它们以绕在线轴上的形式提供，并且在被引入到可水合硫酸钙和水的一般混合循环之前被切割；或者是预切割单纱的形式，它们在水和可水合硫酸钙混合之前被计量。
优选使用长度为大约13mm(±5mm)，直径大约13微米(±5微米)的纤维。
玻璃纤维的基本功能是赋予高温机械强度，并保持煅烧石膏的粘合力。
大量的粘土可以用来作为矿物添加剂。粘土的优点是，一方面是在被加热到100和600℃之间时它们释放出自身所包含的水(结构水)；另一方面，由于它们能够剥离，它们能够补偿纤维中石膏的收缩。
优选对矿物添加剂的种类和用量进行选择，以便石膏组合物包括至多2％的结晶二氧化硅和/或至多1％的多孔状结晶二氧化硅。
因此，使用包含至多7.5％的多孔状结晶二氧化硅的矿物添加剂是有利的。
对于矿物添加剂，有可能使用一种基本上包含含粘土的材料的矿物添加剂，其结晶二氧化硅的量至多等于矿物添加剂重量的大约15％；同时也包含与含粘土的材料相容，并可分散在硬化石膏基材中的惰性矿物添加物。
例如，有可能使用矿物添加剂，其包括含粘土的材料，高岭土、伊利石、石英以及矿物添加物，白云石。具体而言，所用的矿物添加剂具有以下组成(对应于矿物添加剂总量的重量百分数)-25％的高岭土；-10％的伊利石；-15％的石英；以及-50％的白云石。
该添加剂煅烧后的化学组成如下(百分数)-SiO243-TiO21.1-Al2O315-Fe2O31.6-K2O1.2-CaO23-MgO14。
用63μm的筛网来表示其粒度，筛上料少于15％。
900℃时其由于灼烧引起的损失是26.5％。
本发明的组合物包括非膨胀型蛭石，它是鳞片状铝-铁-镁硅酸盐，在200℃以上膨胀，因而可以补偿石膏的收缩。另外，非膨胀蛭石提高了石膏的耐热性。
优选使用微粉状非膨胀蛭石，也就是其所有颗粒尺寸小于1mm。其优点是使蛭石有可能更好地分散到石膏中，并避免导致结构无序的突然膨胀。
优选使用具有细粒尺寸(平均直径大约10微米)的水合氧化铝(三羟基铝)。它的作用是产生吸热反应以补偿石膏的吸热反应，特别是通过含有大约35％的结晶含量的水，水在200和400℃之间可以被释放出来(石膏含有大约20％的在大约140℃能够释放的水)。
本发明的组合物还可能包括直到4％，尤其是从1到4％的硼酸，由于该产物的优点是在100℃上能够失去其结构水，从而有利于石膏板的耐火性。另外，硼酸以有利于灼烧中收缩的方式改变水合硫酸钙的晶体结构。
根据本发明的组合物可以通过混合制备，每100个重量份数的组合物中混合了-重量份数从55到92份的可水合硫酸钙；-重量份数从0.1到5份的矿物和/或耐火纤维；-重量份数从3到25份的矿物添加剂；-重量份数从1到5份的非膨胀蛭石；以及-重量份数从3到15份的水合氧化铝。
石膏板的制备可以基本上按照以下步骤实施-混合该组合物的各种组分和水，制成浆料；-在增强材料上沉积所得浆料，然后用另一种增强材料覆盖在浆料上表面并使之成形；-在适当的地方，通过在异形带上模塑该新板，使所得板的边缘成形；-在生产线上，当可水合硫酸钙板的板条在传送带上运送的时候，液压成形可水合硫酸钙；-在生产线的末端把板条切割成预定长度；以及-干燥所得的板。
这样处理之后，石膏板可以投入使用。
根据一个实施方案，形成板的芯板的硬化的组合物的密度在800到1000kg/m3之间。
增强材料可以以矿物或耐火纤维为基础。它可以是矿物纤维的网状物、织物或毡片的形式，优选玻璃纤维。网状物、织物或毡片可以与矿物和/或耐火的，缠结的连续纱线或纱线网的片材结合使用，也可以以其它形式使用。
增强材料也可以由硬纸板制成。
优选采用由玻璃纱线或纤维制成的增强材料。
根据本发明的石膏板具有以下优点-在从事这类制造的传统工厂中，组合物可以容易地被配制成流动浆料的形式，然后转化，有利地是连续的，转化为石膏板；-由于外层增强材料的存在，在板的制造过程中，石膏板的边缘可以有利地被成形，尤其是被斜削；-它提供有效的防火保护；因此根据本发明所述的板具有大约12.5mm的厚度以及大约0.88g/cm3的密度，保证耐火时间超过2小时；-由于它们的良好的尺寸稳定性，根据本发明所述的板在耐火性测试之后保持了良好的整体外观，而不出现深的裂缝，并显示机械完整性(这种行为在需要很高水平的防火保护的应用场合中很重要，如用于通风或排烟的空气管道，在这些场合中需要它们在高压下密封住高温气体)；-根据本发明的石膏板在对火反应测试中结果良好当这些板在限定条件下暴露于辐射源和/或专门燃烧炉的作用下时(持续20分钟)，能够点燃释放的气体并能够促进燃烧，人们没有发现灼烧现象并发现这些板的破坏仅仅是表面上的；这个测试之后，根据本发明的石膏板因而仍然能够阻止火焰的蔓延；-由于重量轻并可加工(切割、钉合、攻丝、用卡钉钉住、攻丝/粘合，等)，它极易安装；有利的是它具有斜削边缘，从而可以使用石膏板粘合剂在板与板之间形成可靠粘合，例如那些用于以纸板覆盖表面的石膏板的类型，以及优选耐火粘合剂；另外，有各种可能方式来精加工用根据本发明所述的板产生的结构组件，尤其是用涂料、墙纸等；-它具有建筑领域中所需的应用技术特征如弯曲刚度、高冲击强度、抗湿性，以及当被安装成天花板时在潮湿环境中或者在其自身重量作用下不发生蠕变；以及-最后，已知它能够以石膏板领域中普遍已知的简单方法制造，并且已知组成它的原材料非常便宜，因此根据本发明所述的石膏板的优点是具有适度的制造成本。
由以下组合物得到的板达到最佳性能
-70到80％的可水合硫酸钙半水合物；-1％的玻璃纤维；-10到15％的上述粘土，包括25％的高岭土、10％的伊利石、15％的石英以及50％的白云石；-2到4％的非膨胀微粉状蛭石；-6到10％的水合氧化铝；以及-0到2％的硼酸。
当然，只要考虑到每一个基本要素的指定比例，就可以以次级组分的方式把添加剂引入到根据本发明所述的组合物中，这种添加剂一般在其它组分的加工中起辅助作用，或在组合物上增加特殊性能。举例说明，这种添加剂还有流化剂、发泡剂、沉降加速剂和憎水剂。
板的组成成分由下表给出
所用的可水合硫酸钙来自对脱硫石膏的工业烘烤(FGD)。
所用的粘土包括25％的高岭土、10％伊利石、15％的石英以及50％的白云石。
所用的蛭石为微粉状非膨胀蛭石。
测量在实施例1中进行比较的对照板和板A、B、C以及D的热机械强度(也称高温芯板内聚力)。
所采用的测试中结合了热应力，它以火焰温度恒定在1020℃的Mecker燃烧炉施加在测试样品的两个面上，其拉伸机械应力为0.2kg/cm2。
记录的参数是破坏时间和最终收缩量。
结果如下表所示
可以看出，施加应力2小时后，对照板、板A和B的测试样本达到破坏状态。另外，所有的配方的板都持续了至少1小时30分。
对于所有根据本发明所述的石膏板测试样本，可以看出，结合使用伴有粘土的微粉非膨胀蛭石能够使最终收缩量减少到低于3％。
包含了硼酸的样本D具有最少收缩量。
所采用的测试仅施加了与实施例2相同的热应力，不施加任何机械应力。
记录的参数是15、30、45、60分钟后的收缩量。
结果如下表所示
图1显示对照板和板A和B的收缩量的变化对时间的函数。
图2显示在另一个测试中，对照板和板B、C和D的收缩量的变化对时间的函数。
对照板和根据本发明所述的板的样品之间的差异非常明显，尤其是在初始相中(直到30分钟)。与对照板相比，微粉状非膨胀蛭石/粘土的配对使收缩量减少的因子大约为2。
另外，发现含硼酸的测试样本D的收缩量最低。
测试包括在测试样品的一个面上，用火焰温度恒定在1020℃的Mecker燃烧炉施加热应力。
记录的参数是测试样本未暴露面的温度、达到对应于根据FrenchDecree of August 1999以及EN 1361-1和EN 13501-2标准所述的隔火墙和隔热分级标准的值的时间，其中dt平均等于140℃，在任何点上的最大值为180℃。
另外，还记录了达到400℃的时间，因为在脱水后这个时间是热传递的重要测量对象。
结果如下表所示
图3显示对照石膏板和石膏板A和B的未暴露面的温度升高情况。
图4显示在另一个测试中对照石膏板和石膏板B和C的未暴露面的温度升高情况。
图5显示在另一个测试中对照石膏板和石膏板D的未暴露面的温度升高情况。
所有测试在相同条件下进行。
可以看出，曲线的形状相似，在大约100℃的地方有一个最初的汽化平台，然后在120℃处又出现另一个。
另外，通过煅烧过的板的热传递发生在直到450℃的最大点上。
测试样本A的结果可以与对照测试样本的结果相匹敌。
根据本发明所述的所有其它测试样本的结果都比对照板样本得到的结果好，尤其是两者都从汽化平台的持续时间角度考察，因此能够保证在较长时间内满足隔火墙标准，并减少了在200到400℃之间区域的加热量。
权利要求
1.石膏板组合物，包括-从55到92％的可水合硫酸钙；-从0.1到5％的矿物和/或耐火纤维；-从3到25％的矿物添加剂；-从1到5％的非膨胀蛭石；以及-从3到15％的水合氧化铝。
2.根据权利要求1所述的石膏板组合物，其中所述矿物添加剂基本上包括含粘土的材料，其中的结晶二氧化硅的含量至多大约为矿物添加剂重量的15％，同时也包括与含粘土的材料相容，并可分散在硬化石膏基材中的惰性矿物添加物。
3.根据权利要求1或2所述的石膏板组合物，其中对矿物添加剂的种类和用量进行了选择，以便所述石膏组合物含有至多2％的结晶二氧化硅。
4.根据权利要求1或2所述的石膏板组合物，其中对矿物添加剂的种类和用量进行了选择，以便所述石膏板组合物含有至多1％的多孔状结晶二氧化硅。
5.根据前述权利要求中任一项所述的石膏板组合物，其特征在于矿物添加剂包括高岭土、伊利石、石英和白云石。
6.根据前一项权利要求所述的石膏板组合物，其中矿物添加剂包括，以重量百分数表示-25％的高岭土；-10％的伊利石；-15％的石英；以及-50％的白云石。
7.根据前述权利要求中任一项所述的石膏板组合物，其中非膨胀蛭石是微粉状的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的石膏板组合物，其进一步包含直到4％的硼酸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的石膏板组合物，其包括-70到80％的可水合硫酸钙；-1％的玻璃纤维；-10到15％的上述粘土，包括25％的高岭土、10％的伊利石、15％的石英以及50％的白云石；-2到4％的微粉状非膨胀蛭石；-6到10％的水合氧化铝；以及-0到2％的硼酸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的由硬化组合物组成的石膏板。
11.根据权利要求10所述的石膏板，其特征在于其密度在800和1000kg/m3之间。
12.根据权利要求10或11所述的石膏板，其特征在于它的至少一面覆盖有以矿物和/或耐火纤维为基础，或以硬纸板为基础的增强材料。
13.根据前一项权利要求所述的石膏板，其特征在于它的两面都覆盖有以玻璃纤维为基础的增强材料。
14.制备根据权利要求1到9中任一项所述的组合物的方法，其中组合物的组成成分以任何顺序混合到一起。
15.制造石膏板的连续方法，基本上包括以下步骤-混合根据权利要求1到9中任一项所述的组合物的各种组分和水，制成浆料；-在增强材料上沉积所得浆料，然后用另一种增强材料覆盖在浆料上表面并使之成形；-在适当的地方通过在异形带上模塑该新板使所得到的板的边缘成形；-在生产线上，当可水合硫酸钙板的板条在传送带上运送的时候，定形可水合硫酸钙；-在生产线的末端把板条切割成预定长度；以及-干燥所得的板。
全文摘要
本发明涉及一种石膏板组合物，其包括从55到92％的可水合硫酸钙；从0.1到5％的矿物和/或耐火纤维；从3到25％的矿物添加剂；从1到5％的非膨胀蛭石；以及从3到15％的水合氧化铝。本发明还涉及制备此组合物的方法以及制造石膏板的方法。这些石膏板的耐火性得到提高。
文档编号C04B14/20GK1443146SQ0181277
公开日2003年9月17日 申请日期2001年7月3日 优先权日2000年7月18日
发明者C·勒克莱尔 申请人:拉法基石膏公司