防潮石膏板和用于制备其的浆料的制作方法

防潮石膏板和用于制备其的浆料的制作方法
【专利摘要】石膏板，其包含覆盖片和位于所述覆盖片上的石膏层。所述石膏层包含异氰酸酯、水和灰泥的反应产物。所述异氰酸酯提高石膏板的防潮性。制造石膏板的方法，包括使异氰酸酯、水和灰泥结合以形成浆料，并将所述浆料施加到覆盖片以在所述覆盖片上形成所述石膏层的步骤。
【专利说明】防潮石膏板和用于制备其的浆料
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2012年5月14日提交的美国临时专利申请序列号61/646, 625的优 先权和所有权益，在此明确地作为参考整体并入本文。 发明领域
[0003] 本发明总体涉及浆料，和由该浆料形成的石膏板。更具体地，本发明涉及从位于覆 盖片上的浆料形成的石膏层。该石膏层包含灰泥、水和异氰酸酯，以形成石膏板。所述异氰 酸酯提高了所述石膏板的防潮性。

【背景技术】
[0004] 石膏板是由两个覆盖片与通常夹在所述覆盖片之间的石膏层制成的复合材料。通 常，该石膏层由浆料形成。制造石膏板用于各种应用中，其中每种应用具有特定的性能要 求。例如石膏板可以用作结构建筑面板。在该应用中，石膏板可以用在结构的内部和外部 的壁上，包括暴露于水和湿气的区域。
[0005] 遗憾的是，石膏板的石膏层具有吸收水分的倾向。例如，当在约70° F下浸泡在水 中两小时时，基于100重量份的石膏层，石膏层可以吸收高达40至50重量份的水。石膏层 吸收水可以降低石膏板的强度，提高石膏板对微生物生长的脆弱性，并导致覆盖片与石膏 层分层。
[0006] 行业已经尝试通过向石膏板中掺入防潮性组分如蜡添加剂和硅酮添加剂来改善 防潮性。尽管这些添加剂可以有效地改进石膏板的防潮性，但是各添加剂有其自己的缺点。 例如，蜡添加剂需要大剂量以有效地改进石膏板的耐水性。硅酮添加剂不利地与用来在石 膏板中创建空隙的皂相互作用，从而导致在该过程中增加皂的需求。此外，通过增加V0C排 放，释放挥发性低分子量低聚物和释放易燃的氢气，硅酮添加剂可能对环境空气质量产生 不利的影响。
[0007] 通常，防潮性组分在形成石膏层的浆料中不完全混溶。这种不完全的混溶性可能 不利地影响石膏板的防潮性。
[0008] 因此，仍然存在着提供改进的防潮石膏板的可能性。
[0009] 发明概述和优点
[0010] 本发明提供石膏板，其包含覆盖片和位于所述覆盖片上的石膏层。石膏层包含灰 泥、水和异氰酸酯的反应产物。异氰酸酯在25°c下为液体，并且包含二苯基甲烷二异氰酸 酯。
[0011] 本发明还提供了一种制造石膏板的方法。该方法包含使灰泥、水和在25°c下为液 体且包含二苯基甲烷二异氰酸酯的异氰酸酯结合，以形成浆料的步骤。该方法还包含将所 述浆料施加到覆盖片，以在所述覆盖片上形成石膏层的步骤。
[0012] 本发明又还提供石膏板，其包含覆盖片和位于所述覆盖片上的石膏层。石膏层包 含灰泥、水和异氰酸酯的反应产物。该反应产物是在用于提高异氰酸酯与水的混溶性的乳 化剂存在下。所述乳化剂选自硫酸盐、磺酸盐及其组合。
[0013] 异氰酸酯改进石膏板的物理性能。更具体地，异氰酸酯与水反应形成聚脲。聚脲提 高了石膏层的防潮性。此外，乳化剂提高了异氰酸酯与水的混溶性，从而增加聚脲的形成。
[0014] 附图简要说明
[0015] 本发明的其它优点将容易理解，因为当结合附图来考虑时通过参照以下详细描 述，其变得更好理解：
[0016] 图1A是根据本发明的石膏板的侧视图，其示出了覆盖片和石膏层；和
[0017] 图1B是根据本发明的石膏板的侧视图，其示出了两个覆盖片夹着石膏层。
[0018] 发明详述
[0019] 本发明提供一种石膏板10。在本领域中也通常将石膏板10称为干式墙、纸面石 膏板、石膏墙板、墙板等。石膏板10不限于任何特定的用途，即石膏板10可用于墙壁、天花 板、地板、瓷砖基体、拱腹等。以下将进一步描述石膏板10。
[0020] 石膏板10包含石膏层12。本领域中也将石膏层12称为石膏芯。通常，石膏层12 被制造并处理以具有常规的厚度，例如其厚度小于1英寸，或者约1/8英寸至约3/4英寸， 或者约1/4英寸至约5/8英寸之间，或者在这些值的最低值和最高值之间的任何范围。虽 然不必要，但石膏层12可包含多个空隙，以降低石膏层12的重量。
[0021] 石膏层12包含灰泥、水和异氰酸酯的反应产物。石膏层12还可以包含一种或多 种添加剂组分。在某些实施方式中，石膏层12基本上由灰泥、水和异氰酸酯的反应产物组 成。以下将进一步对合适的添加剂组分的实例进行描述和举例说明。
[0022] 灰泥包含许多孔，并且在本领域中也可以称为硫酸钙半水合物（CaS04 ? 0. 5H20)、 烧结石膏或者熟石膏。灰泥能够与水反应，从而形成包含在本领域中也可称为石膏的硫酸 钙二水合物（CaS04*2H20)的反应产物。因为硫酸钙的水合状态可以变化，或者在给定的情 况下在一定时间内，例如硫酸钙半水合物（CaS04 ? 0. 5H20)和水的反应期间内是未知的，所 以这些术语有时使用不一致，且因此在本领域中可互换。如本文所使用的，"灰泥"是硫酸钙 半水合物（CaS04 ? 0. 5H20)且"石膏"是硫酸钙二水合物（CaS04 ? 2H20)。应当理解的是，灰 泥可以具有大于〇. 5的水合状态和甚至接近石膏的水合状态，即约2的水合状态。
[0023] 本发明并不限于任何特定类型的灰泥。合适的灰泥、以及来源和用于获得灰泥 的反应的实例描述在Martin等的U.S.专利No. 8, 016, 961、Sethuraman的U.S.专利 No. 6, 706, 128、Sethuraman等的U.S?专利No. 6, 422, 734 和Sethuraman等的U.S?专利 No. 6, 783, 587中；以下将其称为并入的参考文献，其公开内容在此通过参考整体并入本文 中，只要并入的公开内容与本发明的总体范围不相冲突。
[0024] 水和灰泥以约0. 5至约1. 5、或者约0. 75至约1. 25、或者约0. 80至约1. 0,或者在 这些值的最低值和最高值之间的任何范围的重量比反应。在该反应中，经过一段相当短的 时间灰泥再水合至其二水合物状态。反应所需的实际时间通常取决于所使用的煅烧炉的类 型和用于形成所述灰泥的石膏岩的类型（例如，如在并入的参考文献中所描述的）。可以通 过使用添加剂组分，例如促进剂和延迟剂，将反应时间控制到一定程度，下文进一步描述所 述添加剂组分。反应放出热量，即该反应是放热的。在反应期间，随着（水合）反应产物形 成/凝固，石膏层12通常将从流体状态转变为硬的或"凝固"状态。当处于流体状态时，石 膏层12通常被称为浆料。约15秒至约40秒之后，石膏层12通常将变为凝固的（即，较少 流体或刚性的）。在本领域中可将其称为硬化期（stiffeningphase)。凝固之后，可以将 石骨层12切割成不同长度。
[0025] 可以以不同量使用灰泥以在石膏层12中形成石膏。石膏层12中存在的石膏的量 将取决于石膏板10所需要的厚度。例如，当需要1/2英寸厚的石膏板10时，石膏层12将 通常含约337至约11801bs每1000平方英尺（msf)、或者约548至约9701bs每1000平方 英尺（msf)、或者约674至约8431bs每1000平方英尺（msf)或者在这些值的最低值和最高 值之间的任何范围内的量的石膏。可以将以msf表示的石膏量施加并且调整至石膏层12 的不同厚度。例如，对于5/8英寸厚的板，石膏层12将通常含有约1785至约20401bs/msf 量的石膏。下文进一步描述石膏板10的一般尺寸和制造方法。
[0026] 在某些实施方式中，相对于灰泥存在过量的水。异氰酸酯与过量的水反应，以在石 膏层12中形成聚合物基体，用于提高石膏板10的防潮性。在石膏层12的硬化期期间，聚 合物基体分散遍及形成石膏层12的浆料中。一旦石膏层12已经转化为凝固状态，则聚合 物基体在石膏层12内的分散受到阻碍。这样，在流体状态期间显著搅动形成石膏层12的 浆料，对于促进异氰酸酯与水之间的反应以形成聚合物基体是重要的。显著搅动也确保聚 合物基体在石膏层12中完全分散。
[0027] 聚合物基体通常包含聚脲。通常，聚脲是由异氰酸酯和胺的反应产物形成的。在 本发明中，第一部分异氰酸酯与一部分水反应形成胺。更具体地，第一部分异氰酸酯与一部 分水反应形成氨基甲酸。氨基甲酸是不稳定的，且因此很容易分解形成二氧化碳和胺。所 述胺与第二部分异氰酸酯反应形成聚脲。聚脲延伸通过石膏层12进入石膏层12中的空隙 和石膏中的孔中，以抑制水迁移进入其中。这样，聚脲提高了石膏板10的防潮性。应当理 解的是，除了从异氰酸酯与水反应形成的聚脲之外，或者作为其替代，可以将聚脲作为添加 剂加至石膏层12中。
[0028] 在不同实施方式中，形成石膏层12的浆料基本上不含多元醇。本文所用的涉及多 元醇的术语"基本上不含"，指的是该楽料包含少于5重量份，或者小于1重量份，或者小于 〇. 1重量份，各自基于100重量份的浆料计，或者在这些值的最低值和最高值之间的任意范 围内，只要多元醇对石膏层12不具有实质的影响。通常，在多元醇的存在下，异氰酸酯可与 多元醇反应形成包含聚氨酯而不是聚脲的聚合物基体。如先前所讨论的，聚脲提高石膏层 12的防潮性。这样，基本上不含多元醇的浆料可允许异氰酸酯与水反应以形成包含聚脲的 聚合物基体。
[0029] 异氰酸酯可以包含本领域中已知的任何异氰酸酯。异氰酸酯可以包含单、二、三、 四异氰酸酯，聚合的聚异氰酸酯，改性异氰酸酯和其它芳族、脂族和环脂族多异氰酸酯，或 它们的组合。在某些实施方式中，异氰酸酯选自在25°C下为液体且在25°C下具有约1至 约2500cps动态粘度的异氰酸酯，在25°C下为固体的异氰酸酯，及其组合。在25°C下为液 体的合适的异氰酸酯的实例包括异氰酸苯基酯，异氰酸环己基酯，2, 2'-二苯基甲烷二异氰 酸酯，2, 4' -二苯基甲烷二异氰酸酯，2, 4-甲苯二异氰酸酯，2, 6-甲苯二异氰酸酯，1，6-六 亚甲基二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯，脲酮亚胺改性的异氰酸酯，碳二亚胺改性的异 氰酸酯和聚亚甲基聚亚苯基聚异氰酸酯。在25°C下为固体的合适的异氰酸酯的实例包括 4, 4' -二苯基甲烷二异氰酸酯，间亚苯基二异氰酸酯，环己烷-1，4-二异氰酸酯，萘-1，5-二 异氰酸酯。
[0030] 在不同实施方式中，异氰酸酯包含二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI)。包含MDI的异氰 酸酯可以选自2, 4' -二苯基甲烷二异氰酸酯（2, 4' -MDI)，与2, 4' -MDI不同的改性的异氰酸 酯，聚亚甲基聚苯基聚异氰酸酯（PMDI)，及其组合。在这些实施方式中，异氰酸酯还可以包 含4, 4' -二苯基甲烷二异氰酸酯（4, 4' -MDI)。
[0031] 在其他实施方式中，异氰酸酯选自2,4'-1?1、4,4'-1?1、与2,4'-1?1和4,4'-1?1 不同的改性的异氰酸酯，PMDI，及其组合。
[0032] 改性的异氰酸酯可以包含脲酮亚胺。以下将包含脲酮亚胺的改性的异氰酸酯称为 脲酮亚胺改性异氰酸酯。脲酮亚胺改性的异氰酸酯在本领域中还已知为碳二亚胺改性的异 氰酸酯。
[0033] 通常，消费者基于成本、物理形式和性能选择异氰酸酯。例如，液体形式的异氰酸 酯如2, 4' -MDI、PMDI和改性异氰酸酯更容易运输。然而，异氰酸酯如4, 4' -MDI和PMDI比 2, 4' -MDI和改性异氰酸酯更加成本有效，而2, 4' -MDI和改性的异氰酸酯为石膏层12提供 更加改进的防潮性。
[0034] 合适的异氰酸酯的其它实例包括六氢甲苯二异氰酸酯，氢化二苯基甲烷二异氰 酸酯，四亚甲基二异氰酸酯，1-甲氧基苯基-2, 4-二异氰酸酯，4, 4'-联苯二异氰酸酯， 3, 3' -二甲氧基-4, 4' -联苯二异氰酸酯，3, 3' -二甲基二苯基甲烧-4, 4' -二异氰酸酯，四 甲基亚二甲苯基二异氰酸酯，4, 4'，4"-三苯基甲烷三异氰酸酯，甲苯-2, 4, 6-三异氰酸 酯，4, 4' -二甲基二苯基甲烷-2, 2'，5, 5' -四异氰酸酯，和改性异氰酸酯，其包括包含但不 限于以下基团的异氰酸酯：脲、缩二脲、脲基甲酸酯和异氰脲酸酯和/或聚氨酯基团，包括 二异氰酸酯和/或多异氰酸酯，例如改性的二苯基甲烷二异氰酸酯。
[0035] 合适的异氰酸酯的非限制性实例是从BASF Corporation of Florham Park,NJ 以商品名Lupranate?和Lupranat?，如Lupranate?m、Lupranate?mi、Lupranate⑧MMi〇3、Lupranate? M2〇、Lupranate?M7〇l和Lupranat?vie商 购获得的。
[0036] 异氰酸酯可以具有本领域中已知的任何％NC0含量，但通常具有8_48￥七％的％ NC0,使用本领域技术人员已知的标准化学滴定分析测定。另外，异氰酸酯可以具有任何名 义（nominal)官能度，但通常具有从1. 7到3的名义官能度。此外，异氰酸酯可以具有任何 数均分子量，但通常具有从125-525g/mol的数均分子量。更进一步地，液体异氰酸酯可以 具有任何粘度，但是通常在25°C具有1至2500cps的粘度。
[0037] 异氰酸酯可以以约0. 1至约10重量份，或者约0. 1至约7重量份，或者约0. 1至 约5重量份，或者约7至约9重量份，或者在这些值的最低值和最高值之间的任何范围内的 量反应，各自基于100重量份的灰泥计。
[0038] 在一个实施方式中，异氰酸酯包含2, 4' -MDI和4, 4' -MDI，其中2, 4' -MDI的存在量 为约10至约55重量份，基于100重量份的异氰酸酯计，或者在这些值的最低值和最高值之 间的任何范围，并且4, 4' -MDI的存在量为约45至约90重量份，基于100重量份的异氰酸 酯计，或者在这些值的最低值和最高值之间的任何范围。
[0039] 在另一个实施方式中，异氰酸酯包含改性的异氰酸酯和4, 4' -MDI，其中改性异氰 酸酯的存在量为约15至约35重量份，基于100重量份的异氰酸酯计，或者在这些值的最低 值和最高值之间的任何范围，并且4, 4' -MDI的存在量为约65至约85重量份，基于100重 量份的异氰酸酯计，或者在这些值的最低值和最高值之间的任何范围。
[0040] 在又另一个实施方式中，异氰酸酯包含PMDI和4, 4' -MDI，其中PMDI的存在量为约 30至约75重量份，基于100重量份的异氰酸酯计，或者在这些值的最低值和最高值之间的 任何范围，并且4, 4' -MDI的存在量为约20至约70重量份，基于100重量份的异氰酸酯计， 或者在这些值的最低值和最高值之间的任何范围。术语"存在"，如在本文中关于异氰酸酯 中的量所使用的，可以是在反应产物形成之前、反应期间或者在反应产物形成之后。
[0041] 在其中异氰酸酯在25°C下为液体的实施方式中，石膏层12包含水、灰泥和在25°C 下为液体且包含MDI的异氰酸酯的反应产物。在这些实施方式中，异氰酸酯在25°C下具有 约1至约2500cps、或者约100至约2500cps或者约10至约60cps，或者在这些值的最低值 和最高值之间的任何范围内的动态粘度。
[0042] 在这些其中异氰酸酯在25 °C下为液体的某些实施方式中，异氰酸酯选自 2, 4' -MDI，与2, 4' -MDI不同的改性的异氰酸酯，PMDI，及其组合。如上所述，改性的异氰酸 酯可以包含脲酮亚胺。2, 4'-MDI和改性的异氰酸酯在25°C下为液体，且在25°C下具有约10 至约60cps，或者在这些值的最低值和最高值之间的任何范围内的动态粘度。PMDI在25°C 下为液体，并且在25°C下具有从约100至约2500cps，或者在这些值的最低值和最高值之间 的任何范围内的动态粘度。
[0043] 另外，如上所述，异氰酸酯可以进一步包含4, 4' -MDI。包含2, 4' -MDI和4, 4'-MDI 的异氰酸酯在25°C下可以是液体，其中2, 4' -MDI的存在量为约10至约55重量份，基于100 重量份异氰酸酯计，或者在这些值的最低值和最高值之间的任何范围，并且4, 4' -MDI的存 在量为约45至约90重量份，基于100重量份的异氰酸酯计，或者在这些值的最低值和最高 值之间的任何范围。
[0044] 包含改性的异氰酸酯和4, 4' -MDI的异氰酸酯在25°C下也可以是液体，其中改性 异氰酸酯的存在量为约15至约35重量份，基于100重量份异氰酸酯计，或者在这些值的最 低值和最高值之间的任何范围，和4, 4' -MDI的存在量为约65至约85重量份，基于100重 量份异氰酸酯计，或者在这些值的最低值和最高值之间的任何范围。
[0045] 包含PMDI和4, 4'-MDI的异氰酸酯在25°C下也可以是液体，其中PMDI的存在量为 约30至约75重量份，基于100重量份异氰酸酯计，或者在这些值的最低值和最高值之间的 任何范围，和4, 4' -MDI的存在量为约20至约70重量份，基于100重量份异氰酸酯计，或者 在这些值的最低值和最高值之间的任何范围。
[0046] 在不同实施方式中，石膏层12包含灰泥、水和异氰酸酯在用于提高异氰酸酯与水 的混溶性的乳化剂存在下的反应产物。在某些实施方式中，石膏层12基本上由灰泥、水和 异氰酸酯在用于提高异氰酸酯与水的混溶性的乳化剂存在下的反应产物组成。通过异氰酸 酯、水和乳化剂之间的任意数目的化学和物理反应，乳化剂可以提高异氰酸酯与水的混溶 性。通常，乳化剂具有亲脂部分和亲水部分。通常，乳化剂的亲脂部分朝向异氰酸酯排列且 乳化剂的亲水部分背着异氰酸酯朝向水排列，以形成围绕异氰酸酯的胶束。这样，从乳化剂 所形成的胶束降低异氰酸酯和水之间的界面张力。界面张力的降低促进异氰酸酯和水之间 更好的反应以形成聚合物基体，并确保聚合物基体在石膏层12中完全分散。因此，乳化剂 与异氰酸酯结合可以提高石膏层12的防潮性。
[0047] 乳化剂选自硫酸盐、磺酸盐及其组合。用于本发明目的的合适的乳化剂的具体实 例包括包含以下的那些：醚硫酸铵；烷基硫酸铵；每mol乳化剂具有平均至少1. 5mol环氧 乙烧的烧基酿硫酸盐，每mol乳化剂具有平均至少4.Omol环氧乙烧的烧基酿硫酸盐；具有 C-8至C-12链的磺酸盐乙氧基化的分子，例如每mol乳化剂具有平均4.Omol环氧乙烷；烧 基芳基磺酸盐，C-12至C-16的a-磺化甲基酯，a-烯烃磺酸盐，及其混合物；每mol乳化剂 具有平均1. 5至2. 5mol环氧乙烷的烷基醚硫酸盐，十二烷基苯磺酸钠，和三乙醇胺十二烷 基苯磺酸盐；由化学式CH3(CH2)bCH2(0CH2CH2)e0S0具描述的乳化剂，其中b的平均值在6. 5 至7. 5的范围内，其中c是每mol乳化剂中环氧乙烷的平均摩尔数且在1.5至2. 5的范围 内，和M2选自由钠、钾、镁、铵、季铵及其混合物组成的组，或者其中c为约2. 2且M2选自由 钠、铵和铵的季有机衍生物组成的组。应当理解，可以使用任何数量的乳化剂以提高异氰酸 酯与水的混溶性。合适的乳化剂的非限制性实例是从StepanCompanyofNorthfield，IL 以商品名Cedepal? 如Cedepal*FA-406,从ThatcherChemicalCompanyofSalt LakeCity,UT以商品名Thatcher如ThatcherTF，和从GeoSpecialtyChemicalsof 1^^^?6，預以商品名时011^@--]\1如1^0111(；#--]\130商购获得的。
[0048]用于本发明目的的合适的乳化剂的其它具体实例包括包含以下那些：具有至少十 个碳的链的烷基硫酸盐，每mol乳化剂具有少于平均1. 3mol环氧乙烷的烷基醚硫酸盐及其 混合物；月桂基硫酸按，和每mol乳化剂具有约0. 4至1. 3mol环氧乙烧的烧基酿硫酸盐；由 化学式R(0CH2CH2)a0S0具描述的乳化剂，其中R代表具有约169的最大分子量的直链或支 链烃及其混合物，其中a是每mol乳化剂中环氧乙烷的平均摩尔数且在0. 4至1. 3范围内， 和札选自由钠、钾、镁、铵、铵的季有机衍生物及其混合物组成的组，或者其中a是约0. 8， 并且A选自由铵及其季有机衍生物组成的组。合适的乳化剂的非限制性实例可从Stepan CompanyofNorthfield，IL以商品名AlphaFoamer?商购获得。
[0049] 乳化剂通常包含一种或多种溶剂。此外，乳化剂通常是阴离子性的；然而，应理解 所述乳化剂还可以是阳离子、非离子、两性、两性离子的等。溶剂通常为水（使得溶液是水 性的）、醇（如乙醇、异丙醇等），或其组合。乳化剂通常包含约30至约60重量份，或者在这 些值的最低值和最高值之间的任何范围内的活性乳化剂组分，基于100重量份乳化剂计。 如上所述，所述乳化剂的剩余部分可以是溶剂（例如水或醇），或者这些溶剂的组合。
[0050] 可以以不同量使用乳化剂。通常，乳化剂的存在量为约0. 1至约21bs每1000平 方英尺（msf)石膏层12 (或者约0. 5至约10kg每1000平方米石膏层12)，或者约0. 4至约 1. 251bs/msf石膏层12,或者约0. 5至约0. 91bs/msf石膏层12,或者在这些值的最低值和 最高值之间的任何范围。应该理解的是，乳化剂可以包含两种或更多种前述乳化剂的组合。 在某些实施方式中，石膏层12包括一种乳化剂。在其它实施方式中，石膏层12包括两种或 更多种不同的乳化剂。
[0051] 在其中采用乳化剂的实施方式中，异氰酸酯在25°C下可以是液体或固体。在这些 实施方式中，异氰酸酯可以选自在25°C下为液体且在25°C下具有约1至约2500cps或者这 些值的最低值和最高值之间的任何范围内的动态粘度的异氰酸酯，在25°C下为固体的异氰 酸酯，及其组合。
[0052] 通常，在采用乳化剂的情况下，异氰酸酯可以选自2, 4_MDI、4, 4' -MDI、与 2, 4' -MDI和4, 4' -MDI不同的改性的异氰酸酯、PMDI及其组合。如上所述，改性的异氰酸 酯可以包含脲酮亚胺。因为乳化剂促进异氰酸酯与水更好的混溶性，所以提高石膏层12的 防潮性所需的异氰酸酯的量较少。换句话说，在采用乳化剂的实施方式中，异氰酸酯在石膏 层12中的量可以小于不存在用于提高石膏层12防潮性的乳化剂的实施方式中异氰酸酯的 量。在采用乳化剂的实施方式中，异氰酸酯可以以约〇. 1至约7重量份，或者约0. 1至约6 重量份，或者约〇. 1至约5重量份，或者这些值的最低值和最高值之间的任何范围内的量反 应，各自基于100重量份灰泥计。
[0053] 在某些实施方式中，异氰酸酯与含活性氢的物质组分反应以形成预聚物。应该理 解的是，在异氰酸酯与水反应之前、在异氰酸酯与水反应期间和/或异氰酸酯与水反应之 后，异氰酸酯可与含活性氢的物质组分反应。含活性氢的物质组分可以赋予石膏层12额外 的物理性能如防潮性。在其他实施方式中，含活性氢的物质组分选自氟代醇、具有至少一个 羟基官能团的有机聚硅氧烷、胺及其组合。
[0054] 氟代醇可以是本领域中已知的任何氟代醇。氟代醇可以具有直链或支链结 构。除了由从异氰酸酯与水反应形成的聚合物基体提供的防潮性之外，从异氰酸酯 与氟代醇反应所形成的预聚物可以赋予石膏层12额外的防潮性。合适的氟代醇的 非限制性实例包括2, 2, 2-二氟乙醇，1，1，1，3, 3, 3-六氟-2-丙醇，2, 2, 3, 4, 4, 4-六 氟-1- 丁醇，1，1，1，3, 3, 3-六氟-2-甲基-2-丙醇，1，1，1，3, 3, 3-六氟-2-苯 基-2-丙醇，2, 2, 3, 3, 4, 4-六氟-1，5-戊二醇，1，1，1，3, 3, 4, 4, 4-八氟-2- 丁醇， 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5-八氟-1，6-己二醇，2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5-八氟-1-戊醇，五氟苯酚， 3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8-十三氟-1-辛醇，4- (4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 9, 9, 9-十三氟壬 氧基）苄醇，和4-(3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8-十三氟辛基）苄醇。
[0055] 有机聚硅氧烷可以是本领域中已知的包含至少一个羟基官能团的任何有机聚硅 氧烷。有机聚硅氧烷可具有直链或耙型结构。具有耙型结构的有机聚硅氧烷可以是可水 解或不可水解的。除了由从异氰酸酯与水反应形成的聚合物基体提供的防潮性之外，从 异氰酸酯与有机聚硅氧烷反应形成的预聚物可以赋予石膏层12额外的防潮性。合适的 有机聚娃氧烧的非限制性实例是从AirProductsandChemicals,Inc.ofAllentown,PA 以商品名Dabco? 如Dabco? 丨)ci93、Dabco?DC2525、Dabco?DC4000、Dabco? DC5043、Dabco?DC5164 和 Dabco?DC5258、Dabco?DC5357、Dabco?DC5577、 Dabco? DC5582、Dabco? DC5598、Dabco? DC5604、Dabco? DC5943、Dabco? DC5986和Dabco? DC6070可商购获得的。合适的有机硅氧烷的其他非限制性实例具有大 于 10 的 0H数，并且从EvonikIndustriesAGofParsippany，NJ以商品名TEG0STAB? 如 TEG0STAB? 8433、TEG0STAB? 8462、TEG0STAB? 8465、TEG0STAB⑧ 8474、 TEG0STAB? 8476、TEG0STAB? 8484、TEG0STAB? 8485、TEG0STAB? 8486、 TEG0STAB? 8488、TEG0STAB? 8489、TEG0STAB⑧ 8490、TEG0STAB? 8491、 TEG0STAB? 8492、TEG0STAB? 8498、TEG0STAB? 8511、TEG0STAB? 8513、 TEG0STAB? 8523、TEG0STAB? 8526、TEG0STAB? 8535、TEG0STAB? 8542、 TEG0STAB? 8570、TEG0STAB? <S580、TEG0STAB? 8586、TEG0STAB? 8587、 TEGOSTAB? 8588、TEG0STAB? 8870 和TEGOSTAB? 9470 可商购获得。
[0056] 胺可以是本领域中已知的任何胺。胺选自单胺、二胺及其组合。除了由从异氰 酸酯与水反应形成的聚合物基体提供的防潮性之外，从异氰酸酯与胺反应形成的预聚物 可以赋予石膏层12额外的防潮性。从异氰酸酯与胺反应而形成的预聚物也可被称为异 氰酸酯-脲杂化物。合适的胺的非限制性实例包括4, 4' -亚甲基双（2-氯苯胺）（M0CA)， 4, 4'-亚甲基二苯胺（MDA)，4, 4'-硫代二苯胺（TDA)和类似的低聚物。合适的胺的其 他非限制性实例是从UOPofDesPlaines，IL以商品名UNILINK?如UNILINK? 4200， 从AlbemarleCorporationofBelgium以商品名ETHACURE?如ETHACURE?90、 ETHACURE?丨()(）和ETHACURE?:)>〇〇 和从BayerCorporationofPittsburgh,PA以 H'ii二名Desmophen?如Desmophen?i22〇 和Desmophen?1似〇 可商购获得的。
[0057] 通常，含活性氢的物种组分以约1至约10重量份，或者约l至约4重量份，或者约 4至约7重量份，或者约7至约10重量份，或者这些值的最低值和最高值之间的任何范围内 的量反应，各自基于100重量份的异氰酸酯计。
[0058] 在某些实施方式中，石膏层12基本上不含常规防潮添加剂，但却是由ASTM C473 定义的防潮性的，以满足ASTM C473中所述的要求。或者，石膏层12基本上不含常规防潮 添加剂，但却是如ASTM C1396所定义的防潮性的，以满足ASTM C1396中所述的要求。术语 "基本上不含"，对于常规的防潮添加剂，规定石膏层12包含不大于0. 5重量份，或者不大于 0. 4重量份，或者不大于0. 3重量份，或者不大于0. 2重量份，或者不大于0. 1重量份的常规 防潮添加剂，各自基于100重量份的石膏层12计。现有技术中提高石膏板10的防潮性的 先前尝试包括常规防潮添加剂，例如硅酮和蜡。
[0059] 在其他实施方式中，应当理解的是，石膏层12可以包括常规的防潮添加剂，以提 高石膏层12的防潮性。在这些其它实施方式中，异氰酸酯提高石膏层12的强度，且因此常 规的防潮添加剂用于进一步提高石膏层12的防潮性。
[0060] 如上所述，石膏层12的防潮性是由从异氰酸酯与水反应形成的聚合物基体提供 的。然而，异氰酸酯的混溶性和聚合物基体的分散性也可能对石膏层12的防潮性具有显著 的效果。如上所述，在形成石膏层12的浆料中的搅拌和浆料中的乳化剂两者都可以提高异 氰酸酯的混溶性和聚合物基体在石膏层12中的分散性。因此，搅动和/或乳化剂与异氰酸 酯结合可以进一步提高石膏层12的防潮性。
[0061] 可以通过测定石膏板10浸入水中两小时期间石膏板10中吸收的水量来评价石膏 层12的防潮性。通常，石膏层12在2小时内吸收不超过20%，或者不超过15%，或者不超 过10%的水，如根据ASTMC473中所定义。或者，石膏层12在2小时内吸收不超过20%， 或者不超过15%,或者不超过10%的水,如根据ASTMC1396所定义。通常,石膏板10中吸 收的水的百分比是基于石膏板10的重量百分比计的。
[0062] 石膏层12也可以包括添加剂组分。所述添加剂组分可包括本领域中理解的任何 添加剂。用于本发明目的的合适的添加剂的实例包括在并入的参考文献中描述的那些，以 及絮凝剂、发泡剂、淀粉、促进剂、纤维（如纸和/或玻璃纤维）、苛性钾、粘土、硼酸、增塑剂、 阻燃剂、防霉剂、增稠剂、分散剂或其组合。添加剂组分可以以不同量使用，并且可以包括一 种或多种前述添加剂。可以参照下文实施例部分理解某些添加剂的具体量。应当理解，可 以以多于或少于其中具体示出的那些量使用添加剂。
[0063] 在不同实施方式中，石膏层12基本上不含纤维素纤维。术语"基本上不含"，对于 纤维素纤维，规定石膏层12包含不超过1重量份，或者不超过0. 75重量份，或者不超过0. 5 重量份，或者在这些值的最低值和最高值之间的任何范围内的纤维素纤维，各自基于100 重量份石膏层12计。通常，纤维素纤维用于结构支撑石膏层12。更具体地，异氰酸酯可与 纤维素纤维在形成石膏层12的浆料中反应，以加强石膏层12。然而，与纤维素纤维反应的 异氰酸酯会和与水反应形成聚合物基体的异氰酸酯竞争。这样，基本上不含纤维素纤维的 石膏层12可允许异氰酸酯与水反应形成聚合物基体，这提高了石膏层12的防潮性。
[0064] 在不同实施方式中，石膏层12基本上不含补充发泡剂，但在石膏层12中包含多个 空隙。术语"基本上不含"，对于补充发泡剂，规定石膏层12包含不超过1重量份，或者不 超过0. 5重量份，或者不超过0. 25重量份，或者不超过0. 1重量份的补充发泡剂，各自基于 100重量份石膏层12计。关于补充发泡剂的术语"补充"是添加发泡剂用于在石膏层12中 限定出空隙的具体目的。石膏层12中的其它组分可以在石膏层12中限定出空隙，以减小 石膏板10的重量。这些其它组分包括，例如水和乳化剂。在石膏层12中在异氰酸酯和水 的反应期间释放的二氧化碳可以限定出其中的空隙。可以通过任何数量的常规泡沫生成方 法使用乳化剂产生泡沫。然而，应理解的是，不认为乳化剂是如本文所述的补充发泡剂。这 样，基本上不含补充发泡剂的石膏层12可以包含空隙以减小石膏层12的重量。
[0065] 在某些实施方式中，石膏板10包含覆盖片14。在其他实施方式中，石膏板10可包 含第二覆盖片14。（一个或多个）覆盖片14可以从不同材料形成，例如从纸或玻璃纤维。 (一个或多个）覆盖片14可以彼此相同或不同，并且可以被称为正面和背面片材。合适的 (一个或多个）覆盖片14的实例描述在并入的参考文献中。某些类型的（一个或多个）覆 盖片14可具有添加剂或赋予希望的阻燃或防霉性能的组分（make-ups)。
[0066] 如图1A中所不，石骨板10可包含石骨层12和覆盖片14,其中石骨层12位于覆 盖片14上。如图1B中所示，通常将第二覆盖片14施加至石膏层12,以形成石膏板10。然 而，石膏板10也可以仅包括一个覆盖片14和石膏层12。可以将（一个或多个）覆盖片14 折叠以包封石膏层12的边缘。石膏层12通常被夹在（一个或多个）覆盖片14之间。 [0067] 可以通过本领域已知的常规方法将覆盖片14结合到石膏层12。然而，常规的防潮 添加剂，如硅酮和蜡，可迁移通过石膏层12到达（一个或多个）覆盖片14。这种迁移可以 导致（一个或多个）覆盖片14与石膏层12分层。通过形成聚合物基体，异氰酸酯可以减 少（一个或多个）覆盖片14从石膏层12分层。聚合物基体可延伸到覆盖片14,从而提高 覆盖片14与石骨层12之间的结合。
[0068] 通常，如上所述，石膏层12由浆料形成。可通过本领域理解的常规方法来形成浆 料。这些用于形成浆料的方法和装置的实例描述在所并入的参考文献中。通常，使用混合 器和输送器形成浆料。提供浆料的组分并将其添加到混合器中。混合器通常具有一个或多 个进料，例如干组分（例如灰泥）的进料，以及一个或多个湿组分（例如水）的进料。将所 述组分在混合器中混合以形成浆料。可以将各组分以不同的时间和不同的组合添加到混合 器中。
[0069] 本发明提供了一种形成在制造石膏板10中使用的石膏层12的浆料的方法。所 述方法包括提供水、灰泥和在25°C下为液体且包含二苯基甲烷二异氰酸酯的异氰酸酯的步 骤。该方法进一步包括异氰酸酯和水反应以形成组合物的步骤。所述方法还包括使所述组 合物和灰泥反应形成浆料的步骤。
[0070] 本发明提供了一种制造石膏板10的方法。所述方法包括使水、灰泥和在25°C下 为液体且包含二苯基甲烷二异氰酸酯结合以形成浆料的步骤。可以以任何顺序或者通过 本领域已知的任何制造石膏板10的方法使水、灰泥和异氰酸酯结合。在一个实施方式中， 结合步骤进一步定义为使异氰酸酯和水反应以形成组合物，并使组合物和灰泥反应形成浆 料。在另一个实施方式中，结合步骤进一步定义为异氰酸酯和灰泥反应以形成组合物，并使 组合物与水反应以形成浆料。在又另一个实施方式中，结合步骤进一步定义为水和灰泥反 应以形成组合物，并使组合物与异氰酸酯反应形成浆料。在又另一个实施方式中，结合步骤 进一步定义为使异氰酸酯、水和灰泥反应以形成浆料。
[0071] 所述方法进一步包括将所述浆料施加至覆盖片14以在覆盖片14上形成石膏层12 的步骤。施加浆料的步骤可以通过本领域中已知的用于制造石膏板的任何方法来进行。
[0072] 在某些实施方式中，制造石膏板10的方法包括提供水、灰泥和异氰酸酯的步骤。 所述方法可进一步包括提供覆盖片14的步骤。应当理解，结合和/或反应步骤可以包括使 用混合器和/或输送器。也应理解，制造石膏板10的方法可以包括在形成浆料之前或者在 形成浆料期间提供、结合和/或使乳化剂反应的步骤。
[0073] 可以向石膏板10施加热以从石膏层12除去残留水。经热除去残留水的方法是本 领域理解的，如通过采用干燥器或干燥室。如本领域理解的，也可以使用某些分散剂/增塑 剂以减少水的量，从而减少生产石膏板10所需的最终的干燥时间/能量。
[0074] 最终可将石膏板10切割成不同长度。通常，石膏板10的尺寸包括约48英寸（? 120cm)至约52英寸（?137cm)的宽度，以及1/4英寸（?6mm)至约1英寸（?25mm)、 或者约1/2英寸（?13mm)至约5/8英寸（?16mm)、或者约1/4英寸到约3/8英寸（? 10mm)的厚度。
[0075] 石膏板10可以制得具有不同的边缘，例如具有两种不同的边缘处理：锥形边缘， 其中板的长边缘是在前端具有宽斜面的锥形，以允许将待修整的材料与主板表面连接；和 平面边缘，当整个表面将接收饰面粉刷（finishingplaster)的薄涂层（腻子）时使用。应 当理解，本发明并不限于石膏板10的任何特定的尺寸或构形。
[0076] 石膏板10可以具有不同物理性质。由石膏层12形成的石膏板10的重量将取决 于板有多厚。例如，1/2英寸厚的石膏板10通常具有小于约15001bs/msf、或者约1200至 14001bs/msf、或者约 1200 至 13501bs/msf的重量。
[0077] 应当理解的是，对下文实施例可以做许多改变，而仍然获得相似或类似的结果。因 此，下文实施例，说明了本发明的石膏层12的实施方式，旨在说明而不是限制本发明。 实施例
[0078] 实施例的石膏层12是从浆料形成的且使用实验室方法I在实验室凝固中评价其 防潮性。使用实验室方法I形成石膏层12包括以下步骤：向38克水中加入异氰酸酯，以在 塑料烧杯中形成组合物，手持刮刀将组合物混合约5至约10秒，向塑料烧杯中的组合物加 入50克灰泥以形成浆料，等待30秒，手持刮刀剧烈混合60秒，通过漏斗倾倒浆料，在铝箔 上形成饼（patty)，将所述饼在70°C下烘烤过夜，并将其冷却至室温30分钟，以形成石膏层 12〇
[0079] 使用实验室方法I评价石膏层12的防潮性，包括以下步骤：称重石膏层12以测定 浸泡前重量，将石膏层12在去离子水中浸泡2个小时，用纸巾拭干石膏层12,并重新称重 石膏层12,以测定浸泡后重量。使用实验室方法I的石膏层12的防潮性是通过测定石膏 层12的吸水率来评价的。吸水率通过将浸泡前重量除以浸泡后重量并将结果表示为重量 变化百分比来计算。
[0080] 或者，石膏层12可以从浆料形成，并使用实验室方法II评价防潮性。在实验室方 法II中，水和灰泥的重量比为0. 7至1。
[0081] 对于液体异氰酸酯，使用实验室方法II形成浆料包括如下步骤：将液体异氰酸酯 添加到水中以形成液体组合物，并将灰泥加入到组合物中以形成浆料。对于固体异氰酸酯， 使用实验室方法II形成浆料包括将如下步骤：将固体异氰酸酯添加到灰泥中以形成固体 组合物，并将水加入到固体组合物中以形成浆料。
[0082] 用实验室方法II形成石膏层12包括：当浸泡浆料时等待15秒，以很快的水平混 合浆料15秒，将浆料倾倒入塑料杯中，所述塑料杯通常含有约200克浆料以形成饼，15分钟 后从所述杯中除去饼，将浆料在140°C下干燥30分钟，将浆料进一步在40°C下干燥至少两 天，并将饼冷却至室温1小时，以形成石膏层12。
[0083] 使用实验室方法II评价石膏层12的防潮性包括以下步骤：称重石膏层12以测定 浸泡前重量，将石膏层12在水中浸泡2个小时，从石膏层12除去表面水，重新称重石膏层 12,以测定浸泡后重量。使用实验室方法II的石膏层12的防潮性是通过测定石膏层12的 吸水率评价的。吸水率通过将浸泡前重量除以浸泡后重量并将结果表示为重量变化百分比 来计算。
[0084] 下表I示出了包含灰泥、水和异氰酸酯的反应产物的一些示例性石膏层12的吸水 率。使用实验室方法I形成和评价这些石膏层12。然而，应理解，如果使用实验室法II形 成和评价的话，这些石膏层12的吸水率将是类似的。
[0085] 如表中所示，石膏层12在2小时内吸收不超过20%的水，所述石膏层12包含基于 100重量份灰泥计约4至约5重量份异氰酸酯（在表中描述为基于灰泥的异氰酸酯％ (w/ w))，水和灰泥的反应产物。所有量以基于100重量份石膏层12的重量份计。
[0086]表I

【权利要求】
1. 石膏板，包含： 覆盖片，和 位于所述覆盖片上的石膏层，所述石膏层包含以下的反应产物： 异氰酸酯，其在25°C下是液体并包含二苯基甲烷二异氰酸酯， 水，和 灰泥。
2. 如权利要求1所述的石膏板，其中所述水相对于所述灰泥过量，并且其中所述液体 异氰酸酯与所述过量的水反应以在所述石膏层中形成聚合物基体用于提高所述石膏板的 防潮性。
3. 如权利要求1或2所述的石膏板，其中： i) 所述液体异氰酸酯在25°C下具有约1至约2500cps的动态粘度， ii) 所述液体异氰酸酯选自2, 4' -二苯基甲烷二异氰酸酯、与所述2, 4' -二苯基甲烷二 异氰酸酯不同的改性异氰酸酯、聚亚甲基聚苯基聚异氰酸酯及其组合，或者 和ii)两者。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的石膏板，其中所述液体异氰酸酯进一步包含 4, 4'-二苯基甲烷二异氰酸酯。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的石膏板，其中： i) 基于100重量份所述液体异氰酸酯计，所述2, 4' -二苯基甲烷二异氰酸酯的存在量 为约10至约55重量份，并且基于100重量份所述液体异氰酸酯计，所述4, 4' -二苯基甲烷 二异氰酸酯的存在量为约45至约90重量份， ii) 基于100重量份所述液体异氰酸酯计，所述改性异氰酸酯的存在量为约15至约35 重量份，和基于100重量份所述液体异氰酸酯计，所述4, 4' -二苯基甲烷二异氰酸酯的存在 量为约65至约85重量份，或者 iii) 基于100重量份所述液体异氰酸酯计，所述聚亚甲基聚苯基聚异氰酸酯的存在量 为约30至约75重量份，并且基于100重量份所述液体异氰酸酯计，所述4, 4' -二苯基甲烷 二异氰酸酯的存在量为约20至约70重量份。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的石膏板，其中： i) 基于100重量份所述灰泥计，所述液体异氰酸酯以约0. 1至约10重量份的量反应， ii) 所述水和所述灰泥以约〇. 5至约1. 5的重量比反应，或者 和ii)两者。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的石膏板，其中所述液体异氰酸酯与基于100重量 份所述液体异氰酸酯计约1至约10重量份的量的含活性氢的物质组分反应形成预聚物。
8. 如权利要求1至7中任一项所述的石膏板，其中所述石膏层基本上不含： i) 补充发泡剂，但在所述石膏层中包括多个空隙， ii) 纤维素纤维，或者 和ii)两者。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的石膏板，其中所述石膏层在2小时内吸收不超过 20%的水，根据八5了]\10473定义。
10. 如权利要求1至9中任一项所述的石膏板，其中所述石膏层基本上不含常规防潮添 加剂，但根据ASTMC473定义却是防潮的。
11. 制造石膏板的方法，所述方法包括以下步骤： 使水、灰泥以及在25°C下是液体且包含二苯基甲烷二异氰酸酯的异氰酸酯结合，以形 成浆料；和 将所述浆料施加到覆盖片，以在该覆盖片上形成石膏层。
12. 如权利要求11所述的方法，其中所述水相对于所述灰泥过量，并且其中所述液体 异氰酸酯与所述过量的水反应以在所述石膏层中形成聚合物基体用于提高所述石膏板的 防潮性。
13. 如权利要求11或12所述的方法，其中所述结合的步骤进一步定义为： 使所述液体异氰酸酯和所述水反应，形成组合物；和 使所述组合物和所述灰泥反应，形成浆料。
14. 石膏板，包含覆盖片和位于所述覆盖片上的石膏层，所述石膏层包含以下物质： 异氰酸酯， 水，和 灰泥； 在用于提高所述异氰酸酯与所述水的混溶性的乳化剂的存在下的反应产物，其中所述 乳化剂选自硫酸盐、磺酸盐和其组合。
15. 如权利要求14所述的石膏板，其中所述水相对于所述灰泥过量，并且其中所述异 氰酸酯与所述过量的水反应以在所述石膏层中形成聚合物基体用于提高所述石膏板的防 潮性。
16. 如权利要求14或15所述的石膏板，其中： i) 所述异氰酸酯选自在25°C下为液体且在25°C下具有约1至约2500cps的动态粘度 的异氰酸酯、在25°C下为固体的异氰酸酯和其组合；或者 ii) 所述异氰酸酯选自2, 4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、4, 4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、 与所述2, 4' -二苯基甲烷二异氰酸酯和所述4, 4' -二苯基甲烷二异氰酸酯不同的改性异氰 酸酯、聚亚甲基聚苯基聚异氰酸酯及其组合。
17. 如权利要求14至16中任一项所述的石膏板，其中： i) 基于100重量份所述灰泥计，所述异氰酸酯以约0. 1至约7重量份的量反应； ii) 所述水和所述灰泥以约〇. 5至约1. 5的重量比反应，或者 和ii)两者。
18. 如权利要求14至17中任一项所述的石膏板，其中 i)所述乳化剂包含醚硫酸铵， ii)所述乳化剂的存在量为每1000平方英尺（msf)的所述石膏层0.1至约2磅（lbs); 或者 和ii)两者。
【文档编号】B32B13/12GK104379341SQ201380032422
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年5月14日 优先权日:2012年5月14日
【发明者】R·库玛, S·伊尔, C·坦贵, D·尼德兹维奇 申请人:巴斯夫欧洲公司