輕量的降低密度的耐火石膏面板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種包括高膨脹蛭石的降低重量且降低密度的石膏面板，其具有的耐火能力至少可相比于(如果不優(yōu)于)具有大得多的石膏含量、重量和密度的商用耐火石膏面板的耐火能力。
【專利說(shuō)明】輕量的降低密度的耐火石膏面板
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本專利申請(qǐng)要求2011年2月25日提交的題為“Lightweight, Reduced DensityFire Rated Gypsum Panels (輕量的密度降低的耐火石膏面板)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/446，941的優(yōu)先權(quán)，所述申請(qǐng)以全文引用方式并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開(kāi)通常涉及具有改進(jìn)的隔熱性質(zhì)、耐熱收縮性和耐火性的降低重量和密度的石骨面板。
【背景技術(shù)】
[0004]在建筑和其他建造應(yīng)用中通常所用的石膏面板(如石膏墻板或天花板面板)通常包括具有紙、玻璃纖維或其他合適材料的覆蓋片材的石膏芯。石膏面板通常通過(guò)如下方式制得:混合煅燒石膏或“灰泥”與水和其他成分以制備用于形成面板芯的漿料。如本領(lǐng)域通常理解，灰泥主要包括一種或多種形式的煅燒石膏，即經(jīng)受脫水(通常通過(guò)加熱)以形成無(wú)水石膏或半水石膏(CaSO4.1/2 H2O)的石膏。煅燒石膏可包括來(lái)自天然或合成來(lái)源的β半水合硫酸鈣、α半水合硫酸鈣、水溶性硫酸鈣無(wú)水石膏，或這些的任意者或全部的混合物。當(dāng)被引入漿料中時(shí)，煅燒石膏開(kāi)始水合過(guò)程，所述水合過(guò)程在形成石膏面板的過(guò)程中完成。當(dāng)所述水合過(guò)程適當(dāng)?shù)赝瓿蓵r(shí)，其產(chǎn)生多種結(jié)晶形式的凝固石膏二水合物(即CaSO4.2Η20的形式)的通常連續(xù)的結(jié)晶基質(zhì)。
[0005]在面板的形成過(guò)程中，覆蓋片材通常作為連續(xù)幅材提供。石膏漿料作為流或帶在第一覆蓋片材上沉積。所述漿料以預(yù)定的大約厚度在第一覆蓋片材的整個(gè)寬度上鋪展，以形成面板芯。將第二覆蓋片材置`于漿料的頂部上，從而將石膏芯夾在覆蓋片材之間，并形成連續(xù)面板。
[0006]連續(xù)面板通常沿著輸送機(jī)傳輸，以允許所述芯繼續(xù)水合過(guò)程。當(dāng)所述芯充分水合并硬化時(shí)，將其切割成一種或多種所需尺寸以形成單獨(dú)的石膏面板。然后將面板傳遞至并經(jīng)過(guò)窯爐，所述窯爐在足以將面板干燥至所需游離水分水平(通常為相對(duì)較低的游離水分含量)的溫度下。
[0007]取決于所用的過(guò)程和面板的預(yù)期用途和其他這種考慮，可將包含石膏和其他添加劑的另外的漿料層、條或帶施用至第一或第二覆蓋片材，以為精制面板提供特定的性質(zhì)，如硬化的邊緣或硬化的面板面。類似地，可在過(guò)程中的一個(gè)或多個(gè)位置處將泡沫添加至石膏芯漿料和/或其他漿料條或帶，以在石膏芯或精制面板的芯的部分內(nèi)提供氣穴分布。
[0008]取決于所需面板尺寸、覆蓋層組成、芯組成等，可進(jìn)一步切割和加工所得面板以用于多種應(yīng)用中。取決于石膏面板的預(yù)期用途和應(yīng)用，石膏面板的厚度通常為約1/4英寸至約I英寸。面板可應(yīng)用于多種用于形成墻、天花板和使用一種或多種緊固元件(如螺釘、釘子和/或粘合劑)的其他類似系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)元件中。
[0009]如果精制石膏面板暴露于相對(duì)較高的溫度，如通過(guò)高溫火焰或氣體制得的那些石膏面板，則石膏芯的部分可吸收足夠的熱量以開(kāi)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(guò)面板或面板內(nèi)的熱傳遞延遲一段時(shí)間。石膏面板可充當(dāng)阻擋層，以防止高溫火焰直接經(jīng)過(guò)墻系統(tǒng)。取決于熱源溫度和暴露時(shí)間，由石膏芯吸收的熱量可能足以基本上將芯的部分再煅燒。在某些溫度水平下，施加至面板的熱量也可導(dǎo)致石膏芯的無(wú)水石膏中的相變和結(jié)晶結(jié)構(gòu)的重排。在一些情況中，鹽和雜質(zhì)的存在可降低石膏芯晶體結(jié)構(gòu)的熔點(diǎn)。
[0010]由于這些高溫加熱作用中的一些或全部，石膏面板可在一個(gè)或多個(gè)方向上經(jīng)歷面板尺寸的收縮，且這種收縮可導(dǎo)致面板的結(jié)構(gòu)完整性的破壞。當(dāng)面板附接至墻、天花板或其他框架組件時(shí)，面板收縮可導(dǎo)致面板與安裝于相同組件中的其他面板以及與它們的支撐件分離，并在一些情況下導(dǎo)致面板或支撐件(或兩者)的坍塌。作為結(jié)果，高溫火焰或氣體可直接進(jìn)入或經(jīng)過(guò)墻或天花板結(jié)構(gòu)。
[0011]已制得抵抗相對(duì)較高的溫度的作用一段時(shí)間的石膏面板，這可固有地延遲高熱水平經(jīng)過(guò)面板或在面板之間經(jīng)過(guò)，并進(jìn)入(或經(jīng)過(guò))使用所述面板的系統(tǒng)。通常配制稱為防火或“耐火”的石膏面板以提高面板延遲熱量經(jīng)過(guò)墻或天花板結(jié)構(gòu)的能力，且所述石膏面板在控制建筑物內(nèi)的火災(zāi)蔓延中起到重要作用。作為結(jié)果，建筑規(guī)范當(dāng)局和其他有關(guān)公共和私人實(shí)體通常設(shè)定了用于耐火石膏面板的耐火性能的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。
[0012]可通過(guò)進(jìn)行通常接受的測(cè)試來(lái)評(píng)價(jià)石膏面板耐火和相關(guān)的極高熱量的能力。在建造工業(yè)中常規(guī)使用這種測(cè)試的例子，例如由保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室(“UL”)出版的那些測(cè)試(如ULU305、U419和U423測(cè)試工序和方案)，以及描述于由美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)出版的規(guī)范E119中的工序。這種測(cè)試可包括使用石膏面板構(gòu)建測(cè)試組件，通常在由木或鋼壁骨形成的墻框架的每一面上單層施用面板。取決于測(cè)試，組件可經(jīng)受或不經(jīng)受載荷力。組件(例如根據(jù)UL U305、U419和U423構(gòu)建的組件)的一側(cè)的表面例如根據(jù)加熱曲線(如ASTM E119工序中所述的那些)暴露于增加的溫度一段時(shí)間。
[0013]在測(cè)試過(guò)程中監(jiān)測(cè)靠近受熱側(cè)的溫度以及組件的未受熱側(cè)的表面的溫度，以評(píng)價(jià)暴露的石膏面板所經(jīng)受的溫度以及傳遞通過(guò)組件到達(dá)未暴露面板的熱量。當(dāng)面板具有一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)破壞時(shí)和/或當(dāng)組件的未暴露側(cè)上的溫度超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，終止測(cè)試。通常，這些閾值溫度基于這種傳感器中的任一者的最大溫度和/或溫度傳感器在組件的未受熱側(cè)上的平均值。
[0014]如在UL U305、U419和U423以及ASTM E119中所述的那些的測(cè)試工序涉及組件對(duì)熱傳遞通過(guò)整個(gè)組件的抗性。在一方面，所述測(cè)試也提供了當(dāng)組件經(jīng)受高溫加熱時(shí)，組件中所用的石膏面板對(duì)在χ-y方向(寬度和長(zhǎng)度)上的收縮的抗性的量度。這種測(cè)試也提供了面板對(duì)結(jié)構(gòu)完整性的損失的抗性的量度，所述結(jié)構(gòu)完整性的損失產(chǎn)生墻組件中的面板之間的開(kāi)放間隙或空間，從而導(dǎo)致高溫進(jìn)入組件的內(nèi)部腔體。在另一方面，所述測(cè)試提供了石膏面板抵抗熱傳遞通過(guò)面板和組件的能力的量度。據(jù)信這種測(cè)試反映了特定系統(tǒng)提供建筑物居住者和消防員/火災(zāi)控制系統(tǒng)解決或逃離火災(zāi)條件的機(jī)遇之窗的能力。
[0015]在過(guò)去，使用多種策略來(lái)改進(jìn)耐火石膏面板的耐火性。例如，已提供了更厚更致密的面板芯，其相對(duì)于致密度較低的石膏面板使用更多石膏，并因此包括增加量的化學(xué)結(jié)合于石膏(硫酸鈣二水合物)內(nèi)的水以充當(dāng)受熱器來(lái)降低面板收縮，并增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和面板的強(qiáng)度?；蛘撸褜úＡЮw維和其他纖維的各種成分摻入石膏芯中，以通過(guò)增加芯的拉伸強(qiáng)度和通過(guò)在整個(gè)芯基質(zhì)中分布收縮應(yīng)力而提高石膏面板的耐火性。類似地，已在過(guò)去使用某些粘土(如尺寸小于約I微米的那些)和膠體二氧化硅或氧化鋁添加劑(如尺寸小于I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(rèn)的是，通過(guò)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(jié)構(gòu)完整性和它們對(duì)火和高熱條件的抗性。
[0016]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(yù)期蛭石在受熱條件下膨脹，以彌補(bǔ)芯的石膏組分的收縮。據(jù)信礦物纖維/玻璃纖維將石膏基質(zhì)的部分保持在一起。
[0017]這種方法描述于美國(guó)專利N0.2，526，066和N0.2，744，022，所述專利討論了以足以在高溫條件下抑制石膏面板的收縮的比例使用粉碎的非剝離型蛭石和礦物纖維及玻璃纖維。然而，這兩篇參考文獻(xiàn)均依賴于高密度芯以提供足夠的石膏充當(dāng)受熱器。它們公開(kāi)了制備1/2英寸厚的石膏面板，所述石膏面板的重量為2至2.3磅/平方英尺(2，000至2，300磅/千平方英尺(“113/!11#”))，板密度為約50磅/立方英尺(“pcf”)或更大。
[0018]’ 066專利報(bào)道了從這種面板(具有2%礦物纖維和7.5%的28篩下料蛭石)上切割的片段，當(dāng)所述片段在1400° F(760°C )下加熱30分鐘時(shí)，其表現(xiàn)出至多19.1%的厚度膨脹，但所述專利并未提供關(guān)于那些樣品的χ-y方向收縮的任何信息。’066專利還警示，取決于面板配方和蛭石含量，蛭石膨脹可由于鼓凸面板和/或面板中的裂縫和開(kāi)口而導(dǎo)致面板破壞。
[0019]’ 022專利涉及通過(guò)降低’ 066專利中公開(kāi)的面板的礦物纖維/玻璃纖維含量而增加那些面板的石膏含量(以及因此密度和重量)，以提供更大的石膏-受熱器能力。諸如’ 022專利的參考文獻(xiàn)還認(rèn)識(shí)到，蛭石的膨脹性質(zhì)除非受到限制，否則將在高溫條件下在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致芯的散裂(即碎裂、剝離或片落)和墻組件的破壞。
[0020]在另一實(shí)例中，美國(guó)專利N0.3，454，456描述了將非膨脹蛭石引入耐火石膏墻板面板芯中，以抵抗面板的收縮。’ 456專利也依賴于相對(duì)較高的石膏含量和密度提供所需的受熱器能力。’ 456專利公開(kāi)了具有約19251b/msf的最小重量和約46pcf的板密度的精制1/2英寸石膏面板的板重量。這是與對(duì)于耐火應(yīng)用目前商業(yè)上提供的更厚和重得多的5/8英寸厚的石膏面板(約24001b/msf)可相比的密度。
[0021]’ 456專利也公開(kāi)了在石膏面板芯中使用蛭石來(lái)增加面板的耐火等級(jí)具有明顯局限性。例如，’ 456專利指出，蛭石在芯內(nèi)的膨脹可導(dǎo)致芯由于散裂和其他破壞作用而分裂?！?456專利也公開(kāi)了非膨脹蛭石粒子可使芯結(jié)構(gòu)變?nèi)?，使得芯變得弱、柔軟和易碎。?456專利旨在通過(guò)使用具有相對(duì)較小的粒徑分布(超過(guò)90%的非膨脹粒子小于N0.50篩目尺寸(大約0.0117英寸(0.297mm)開(kāi)口)，小于10%的非膨脹粒子略大于n0.50篩目尺寸)的“獨(dú)特的”非膨脹蛭石，從而在石膏面板中使用蛭石來(lái)解決這些顯著的固有局限性。該方法據(jù)稱抑制了面板上蛭石膨脹的不利作用，如’ 456專利的第2欄第52-72行所述。
[0022]另外，’ 456解釋具有上述粒徑分布的非膨脹蛭石對(duì)應(yīng)于商業(yè)上稱為“N0.5級(jí)”非膨脹蛭石的產(chǎn)品。自從至少20世紀(jì)70年代早期，N0.5級(jí)非膨脹蛭石已用于具有常規(guī)板密度(例如約45pcf至超過(guò)約55pcf)的石膏芯的商用防火/耐火面板中。由于上述原因，認(rèn)為由于上述散裂和由在高溫條件下石膏芯內(nèi)的蛭石膨脹所導(dǎo)致的其他作用，使用包括尺寸大于N0.5級(jí)非膨脹蛭石所特有的那些尺寸的粒子的顯著分布的非膨脹蛭石可能破壞耐火面板。
[0023]在另一方法中，美國(guó)專利N0.3，616，173涉及具有石膏芯的耐火石膏面板，‘173專利的耐火石膏面板的特征在于更輕的重量或更低的密度。’ 173專利的面板與現(xiàn)有技術(shù)1/2英寸面板的區(qū)別在于重量約2，0001b/msf或更大，并具有超過(guò)約48pcf的芯密度。因此，’ 173專利公開(kāi)了密度為約35pcf或35pcf以上，優(yōu)選約40pcf至約50pcf的1/2英寸厚的面板。’ 173專利通過(guò)將顯著量的小粒徑無(wú)機(jī)材料(粘土、膠體二氧化硅或膠體氧化鋁)摻入其石膏芯中，以及摻入在高溫條件下防止其石膏面板的收縮所需的量的玻璃纖維，從而實(shí)現(xiàn)了其公開(kāi)的芯密度。
[0024]’ 173專利公開(kāi)了另外任選將非膨脹蛭石添加至其石膏芯組合物中，以及其公開(kāi)的小粒徑無(wú)機(jī)材料的所需量。然而，即使使用這些添加劑，’173專利的面板中的每一個(gè)面板所公開(kāi)的測(cè)試顯示它們經(jīng)歷顯著的收縮。盡管所測(cè)試和公開(kāi)的面板中的每一個(gè)具有約43pcf或更大的芯密度，仍然發(fā)生收縮。 [0025]對(duì)于1/2英寸厚的石膏面板，’173專利的公開(kāi)的面板具有約60%至約85%的“耐收縮性”?！?173專利中所用的“耐收縮性”為如’ 173專利中所述在將芯加熱至限定溫度限定時(shí)間段之后剩余的芯的片段的x-y (寬度-長(zhǎng)度)區(qū)域的比例或百分比的量度。參見(jiàn)例如第12欄第41-49行。
[0026]也做出其他努力以通過(guò)各種方式來(lái)增加石膏面板的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性,并降低面板重量。這種輕質(zhì)石膏板的例子包括美國(guó)專利N0.7，731，794和N0.7，736，720以及美國(guó)專利申請(qǐng)公布 N0.2007/0048490AUN0.2008/0090068A1 和 N0.2010/0139528A1。
[0027]最后，應(yīng)注意在不存在耐水添加劑的情況下，當(dāng)凝固石膏浸入水中時(shí)，其可吸收其重量的至多50%的水。而且，當(dāng)石膏面板(包括耐火石膏面板)吸收水時(shí)，它們可溶脹，變得變形并失去強(qiáng)度，這可能使它們的耐火性質(zhì)劣化。相比于常規(guī)更重的耐火面板，低重量的耐火面板具有多得多的空氣和/或水空穴。預(yù)期這些空穴會(huì)增加吸水速率和程度，并預(yù)期這種低重量耐火面板比常規(guī)更重的耐火面板更具吸水性。
[0028]在過(guò)去已有許多嘗試來(lái)通常改進(jìn)石膏面板的耐水性。已將各種烴類(包括蠟、樹(shù)脂和浙青)添加至用于制備石膏面板的漿料中，以將耐水性賦予面板。硅氧烷也已用于石膏漿料中，從而通過(guò)原位形成硅樹(shù)脂而將耐水性賦予石膏面板。然而，預(yù)期硅氧烷不充分保護(hù)低重量面板。因此，本領(lǐng)域需要一種通過(guò)提高通常由硅氧烷所賦予的耐水性而以合理的成本制備具有改進(jìn)的耐水性的低重量和密度的耐火石膏面板的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0029]在一些實(shí)施例中，本公開(kāi)描述了一種降低重量且降低密度的石膏面板以及制備這種面板的方法，所述石膏面板具有與通常用于需要耐火的建造應(yīng)用中的更重更致密的石膏面板可相比的耐火性質(zhì)。在一些實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板包括設(shè)置于兩個(gè)覆蓋片材之間的芯密度小于約40磅/立方英尺(“pcf”)的凝固石膏芯。在5/8英寸厚的這種面板的實(shí)施例中，重量大約小于約21001b/msf。
[0030]在一些實(shí)施例中，例如可將高膨脹顆粒(例如高膨脹蛭石)以有效提供與商用X型石膏面板和其他重得多且致密得多的石膏面板可相比的就耐收縮性而言的耐火性的量摻入石膏芯中。高膨脹粒子在加熱時(shí)可具有第一非膨脹相以及第二膨脹相。這種面板還可提供就χ-y方向(寬度-長(zhǎng)度)高溫收縮和隔熱性質(zhì)以及z方向(厚度)高溫厚度膨脹性質(zhì)而言的耐火性，即可相比于或顯著大于商用X型石膏面板和其他重得多且致密得多的商用面板(包括含有N0.5級(jí)蛭石的那些商用石膏面板)。在其他實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板可在組件(如經(jīng)受工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)耐火測(cè)試的那些組件)中提供與至少商用X型石膏面板和其他更重且更致密的商用面板可相比的耐火性能。這種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)耐火測(cè)試包括但不限于在UL U305、U419和U423全尺寸耐火測(cè)試以及等同于那些的耐火測(cè)試的工序和規(guī)范中描述的那些。
[0031]在其他實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的降低重量和密度的石膏面板及其制備方法可提供在x-y方向上小于約10%的高溫收縮率(在約1560° F(850°C )的溫度下)和大于約20%的在z方向上的膨脹。在一些實(shí)施例中，z方向高溫厚度膨脹與高溫收縮率的比例大于約0.2，在一些實(shí)施例中大于約2，在其他實(shí)施例中大于約3，在其他實(shí)施例中大于約7，在其他實(shí)施例中超過(guò)約17，且在其他實(shí)施例中為約2至約17。在其他實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的降低重量和密度的石膏面板及其制備方法可提供在超過(guò)約1800° F (9800C )的溫度下在x-y方向上大于約85%的耐收縮性。
[0032]在其他實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的耐火石膏面板及其制備方法可包括設(shè)置于兩個(gè)覆蓋片材之間的石膏芯。石膏芯可包含凝固石膏的結(jié)晶基質(zhì)和高膨脹粒子，所述高膨脹粒子在約1560° F(約850°C )下加熱約I小時(shí)之后可膨脹至其初始體積的約300%或更多。石膏芯可具有約40磅/立方英尺或更少的密度(D)和至少約11磅(5kg)的芯硬度。石膏芯可有效提供約20分鐘或更大的隔熱指數(shù)(TI)。
[0033]在其他實(shí)施例中，當(dāng)根據(jù)UL U305、U419和U423耐火測(cè)試工序測(cè)試時(shí)，使用根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的降低重量和密度的5/8英寸厚的石膏面板制得的組件可提供可相比于(或優(yōu)于)使用重得多且致密得多的石膏面板的組件的耐火性。根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板的耐火性可通過(guò)根據(jù)UL U305、U419和U423耐火測(cè)試工序(和等同的耐火測(cè)試工序)制得的這種組件的未暴露表面上的最大單個(gè)傳感器溫度或平均傳感器溫度反映。在一些實(shí)施例中，使用根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板制得并根據(jù)UL U419測(cè)試的組件在約60分鐘的經(jīng)過(guò)時(shí)間時(shí)提供小于約500° F(260°C)的最大單個(gè)傳感器溫度和/或小于約380° F(195°C)的平均傳感器溫`度。在一些實(shí)施例中，使用根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板制得并根據(jù)UL U419測(cè)試的組件在約50分鐘的經(jīng)過(guò)時(shí)間時(shí)提供小于約260° F的最大單個(gè)傳感器溫度和/或小于約250° F的平均傳感器溫度。在其他實(shí)施例中，在這種UL U419測(cè)試中使用根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板制得的組件在約55分鐘的經(jīng)過(guò)時(shí)間時(shí)可提供小于約410° F的最大單個(gè)傳感器溫度和/或小于約320° F的平均傳感器溫度。在其他實(shí)施例中，在這種測(cè)試中使用根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板制得的組件在約55分鐘的經(jīng)過(guò)時(shí)間時(shí)可提供小于約300° F的最大單個(gè)傳感器溫度和/或小于約280° F的平均傳感器溫度。
[0034]在其他實(shí)施例中，使用根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的石膏面板的組件可在根據(jù)ULU419工序的測(cè)試中顯示出可由如下反映的耐火性:在約60分鐘的經(jīng)過(guò)時(shí)間時(shí)小于約500° F的最大單個(gè)傳感器溫度和/或小于約380° F的平均傳感器溫度。在其他實(shí)施例中，使用根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板制得的組件可在這種測(cè)試中在約60分鐘的經(jīng)過(guò)時(shí)間時(shí)可具有小于約415° F的最大單個(gè)傳感器溫度和/或小于約320° F的平均傳感器溫度。在這種實(shí)施例中的某些中，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的石膏面板可具有密度小于約40pcf的芯，所述芯滿足對(duì)于根據(jù)UL U305、U419和U423的耐火測(cè)試工序以及等同于那些中的任一者的其他耐火測(cè)試工序中的一種或多種的60分鐘耐火石膏面板的要求。
[0035]在其他實(shí)施例中，用于根據(jù)本公開(kāi)的原理的降低重量和密度的面板及其制備方法的配方可提供具有上述耐火性質(zhì)、小于約40pcf的密度和可滿足ASTM C1396/C1396/M-09標(biāo)準(zhǔn)的拔釘阻力的石膏面板。更特別地，當(dāng)這種面板具有標(biāo)稱5/8英寸厚度時(shí)，其可具有至少871b的拔釘阻力。此外，在其他實(shí)施例中，這種面板提供了基本上與重得多且致密得多的面板相同的聲音傳播特性。在一些實(shí)施例中，當(dāng)根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的5/8英寸厚的面板根據(jù)ASTM E90-99的測(cè)試和工序安裝于鋼壁骨的組件上時(shí)，其可具有至少約35的聲音傳播等級(jí)。
[0036]在其他實(shí)施例中，使用包含至少水、灰泥和高膨脹蛭石的含石膏的漿料提供標(biāo)稱5/8英寸耐火面板的凝固石膏芯組合物。在一個(gè)這種實(shí)施例中，凝固石膏芯具有約30pcf至約40pcf的密度，且所述芯包含約11621bs/msf至約15651bs/msf的量的灰泥、灰泥的約5重量％至約10重量％的高膨脹蛭石，和灰泥的約0.3重量％至約0.9重量％的礦物纖維或玻璃纖維。(除非另外指出，否則石膏芯的組分的百分比基于用于制備芯漿料的灰泥的重量以重量表示)。在另一實(shí)施例中，凝固石膏芯具有約30pcf至約40pcf的密度,且所述芯包含約11621bs/msf至約15651bs/msf的量的灰泥、灰泥的約5重量％至約10重量％的高膨脹蛭石、灰泥的約0.3重量％至約3重量％的淀粉、灰泥的約0.3重量％至約0.9重量％的礦物纖維或玻璃纖維，和灰泥的約0.03重量％至約0.4重量％的磷酸鹽。
[0037]在其他實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的5/8英寸厚的面板的石膏芯可具有約32至約38磅/立方英尺的密度，以及約1500至約17001b/msf的石膏芯重量。在一些實(shí)施例中，石膏芯可包含約5.5 %至約8 %的高膨脹蛭石、約0.4%至約0.7 %的礦物纖維或玻璃纖維，和約0.07%至約0.25%的磷酸鹽。在其他實(shí)施例中，石膏芯可包含約5.5%至約8%的高膨脹蛭石、約0.5%至約2.5%的 淀粉、約0.4%至約0.7%的礦物纖維或玻璃纖維，和約0.07%至約0.25%的磷酸鹽。在其他實(shí)施例中，可鑒于覆蓋片材的組成和重量、面板芯的其他添加劑和石膏灰泥的品質(zhì)而進(jìn)一步調(diào)節(jié)石膏芯的組分中的每一種(如淀粉、纖維和磷酸鹽含量)，以提供所需的面板性質(zhì)。
[0038]本文描述的石膏芯成分中的每一個(gè)也可對(duì)于不同厚度的面板而適當(dāng)變化，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解。例如，1/2英寸面板可具有所述值的約80%的石膏l(xiāng)b/msf值，且3/4英寸面板可具有所述值的約120%的lb/msf值。在一些實(shí)施例中，這些比例可取決于用于不同厚度的面板的物理性質(zhì)規(guī)范而變化。符合本公開(kāi)的原理的面板和芯配方的其他方面和變體在本文如下討論。
[0039]其他常規(guī)添加劑也可以以常規(guī)的量在本文公開(kāi)的芯漿料和石膏芯組合物中使用，以將所需的性質(zhì)賦予芯，并有利于制造過(guò)程。這種添加劑的例子為:促凝劑、緩凝劑、脫水抑制劑、粘結(jié)劑、粘合劑、分散助劑、均化劑或非均化劑、增稠劑、殺菌劑、殺真菌劑、PH調(diào)節(jié)劑、著色劑、防水劑、填料、水性泡沫和它們的混合物。
[0040]在根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板及其制備方法中，可使用如下進(jìn)一步討論的方法將水性泡沫以有效提供所需的石膏芯密度的量添加至芯漿料中。在一些實(shí)施例中，將泡沫組分添加至芯漿料可在芯的蛭石組分的存在下產(chǎn)生有助于一種或多種面板和/或芯強(qiáng)度性質(zhì)的空穴和空穴尺寸的分布。類似地，可將包含石膏和其他添加劑的另外的漿料層、條或帶(其可具有相對(duì)于芯的其他部分增加的密度)施用至第一或第二覆蓋片材，以將特定的性質(zhì)提供至精制面板，如硬化的邊緣。[0041]在其他實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的耐火石膏面板及其制備方法可包括設(shè)置于兩個(gè)覆蓋片材之間的石膏芯。凝固石膏芯可具有約40磅/立方英尺(約640kg/m3)或更小的密度(D)，并包含凝固石膏的結(jié)晶基質(zhì)和高膨脹粒子。所述高膨脹粒子在約1560° F(約850°C )下加熱約I小時(shí)之后，其可膨脹至其初始體積的約300%或更大。
[0042]在其他實(shí)施例中，本公開(kāi)描述了一種制備耐火石膏面板的方法。制備具有分散于其中的高膨脹粒子的石膏漿料。將所述石膏漿料設(shè)置于第一覆蓋片材與第二覆蓋片材之間，以形成組件。將所述組件切割成預(yù)定尺寸的面板。干燥面板。凝固石膏芯具有約40磅/立方英尺(約640kg/m3)或更小的密度(D)，并包含凝固石膏的結(jié)晶基質(zhì)和高膨脹粒子。所述高膨脹粒子在約1560° F(約850°C )下加熱約I小時(shí)之后，其可膨脹至其初始體積的約300%或更大。
[0043]在其他實(shí)施例中，本公開(kāi)描述了一種制備耐火石膏面板的方法，其中凝固石膏芯組分由含煅燒石膏的水性漿料形成。在一些實(shí)施例中，所述漿料可包含具有如上量的高膨脹蛭石、淀粉、分散劑、磷酸鹽、礦物纖維/玻璃纖維、泡沫、其他添加劑、水/灰泥重量比為約0.6至約1.2，優(yōu)選約0.8至約1.0，更優(yōu)選約0.9的灰泥和水。芯漿料可作為連續(xù)帶沉積于第一覆蓋片材的連續(xù)幅材上，并在所述連續(xù)幅材上分布?？蓪⒌诙采w片材的連續(xù)幅材置于沉積于第一覆蓋片材的幅材上的漿料上，以形成具有所需大約厚度的通常連續(xù)的石膏面板。在含煅燒石膏的漿料充分硬化(通過(guò)煅燒石膏的脫水以形成凝固石膏的連續(xù)基質(zhì))以用于切割之后，可將所述通常連續(xù)的石膏面板切割成具有所需長(zhǎng)度的單獨(dú)的面板，并可干燥所得石膏面板。
[0044]如可了解的，與本文公開(kāi)的石膏面板相關(guān)的原理能夠在其他和不同的實(shí)施例中實(shí)施，并能夠在各個(gè)方面修改。根據(jù)如下詳細(xì)描述和所附附圖可了解所公開(kāi)的原理的另外的和可選擇的方面和特征。因此，可理解前述一般概述和如下詳細(xì)描述僅為示例性和解釋性的，且不限制所附權(quán)利要求書的范圍。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0045]除非另外明確指出，否則如下所列并進(jìn)一步討論的附圖為本文公開(kāi)的發(fā)明的示例，而非限制本文公開(kāi)的發(fā)明。
[0046]圖1為來(lái)自根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的標(biāo)稱5/8英寸厚的約18801b/msf的示例性面板的試樣的芯部分的如下進(jìn)一步討論的微CT-X射線掃描所產(chǎn)生的二維圖像。
[0047]圖2為圖1中所示的試樣的芯部分的如下進(jìn)一步討論的微CT-X射線掃描所產(chǎn)生的三維圖像。
[0048]圖3為圖1中所示的試樣的芯部分的如下進(jìn)一步討論的微CT-X射線掃描所產(chǎn)生的三維體繪制圖像。
[0049]圖4為來(lái)自根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的標(biāo)稱5/8英寸厚的約18601b/msf的示例性面板的試樣的芯部分的如下進(jìn)一步討論的微CT-X射線掃描所產(chǎn)生的二維圖像。
[0050]圖5為圖4中所示的試樣的芯部分的如下進(jìn)一步討論的微CT-X射線掃描所產(chǎn)生的三維圖像。
[0051]圖6為圖4中所示的試樣的芯部分的如下進(jìn)一步討論的微CT-X射線掃描所產(chǎn)生的三維體繪制圖像。
[0052]圖7為根據(jù)UL U305、UL U419、UL U423和/或等同耐火測(cè)試構(gòu)建，并包括根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的石膏面板的代表性組件的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，所述石膏面板以碎片形式顯示，并為了說(shuō)明的目的而去除接縫帶和化合物。
[0053]圖8為來(lái)自未暴露表面的圖7的組件的立視圖，根據(jù)UL U305、UL U419、UL U423和/或等同的耐火測(cè)試，所述未暴露表面包括多個(gè)溫度傳感器。
[0054]圖9為從O分鐘至測(cè)試結(jié)束，使用來(lái)自本文描述的樣品試驗(yàn)I至17和22的面板制得，并經(jīng)受UL U419條件(如下所述)的耐火測(cè)試的組件中的每一個(gè)組件的未暴露表面處的最大單個(gè)傳感器溫度的圖，以及用于測(cè)試中的爐溫的ASTM E119溫度曲線的圖。
[0055]圖10顯示了從O分鐘至測(cè)試結(jié)束，來(lái)自作為圖9的主題的UL U419耐火測(cè)試的組件中的每一個(gè)組件的未暴露表面處的平均傳感器溫度的圖，以及用于這種測(cè)試中的爐溫的ASTM El 19溫度曲線。
[0056]圖11為從40分鐘至65分鐘的經(jīng)過(guò)時(shí)間，使用樣品試驗(yàn)I至17和21的面板的組件的來(lái)自作為圖9的主題的U419耐火測(cè)試的最大單個(gè)傳感器溫度的放大圖。
[0057]圖12為從40 分鐘至65分鐘的經(jīng)過(guò)時(shí)間，使用樣品試驗(yàn)I至17和21的面板的組件的來(lái)自作為圖10的主題的UL U419耐火測(cè)試的傳感器溫度的平均值的放大圖。
[0058]圖13為使用樣品試驗(yàn)5、14和21的面板的組件的來(lái)自圖11的數(shù)據(jù)的圖。
[0059]圖14為使用樣品試驗(yàn)5、14和21的面板的組件的來(lái)自圖12的數(shù)據(jù)的圖。
[0060]圖15為從40分鐘至65分鐘的經(jīng)過(guò)時(shí)間，經(jīng)受UL U423 (如下所述)的條件下的耐火測(cè)試的使用樣品試驗(yàn)18和22的面板的組件中的每一個(gè)組件的未暴露表面處的最大單個(gè)傳感器溫度的放大圖。
[0061]圖16為從40分鐘至65分鐘的經(jīng)過(guò)時(shí)間，來(lái)自作為圖15的主題的ULU423耐火測(cè)試的使用樣品試驗(yàn)18和22的面板的組件中的每一個(gè)組件的未暴露表面處的平均傳感器溫度的放大圖。
[0062]圖17為從測(cè)試40分鐘至65分鐘的經(jīng)過(guò)時(shí)間，經(jīng)受UL U305 (如下所述)的條件下的耐火測(cè)試的使用樣品試驗(yàn)19和20的面板的組件的未暴露表面處的最大單個(gè)傳感器溫度的放大圖。
[0063]圖18為從40分鐘至60分鐘的經(jīng)過(guò)時(shí)間，來(lái)自作為圖17的主題的ULU305測(cè)試的使用樣品試驗(yàn)19和20的面板的組件中的每一個(gè)組件的未暴露表面處的平均傳感器溫度的放大圖。
[0064]圖19為根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的石膏面板的示例性配方的表(表1)。
[0065]圖20為蛭石N0.5級(jí)的隨溫度變化的重量損失和密度變化的表(表1I)。
[0066]圖21為高膨脹蛭石的隨溫度變化的重量損失和密度變化的表(表1II)。
[0067]圖22為試樣1-4的氣穴分布的統(tǒng)計(jì)學(xué)信息的表(表1V)。
[0068]圖23為試樣1-4的壁厚分布的統(tǒng)計(jì)學(xué)信息的表(表V)。
[0069]圖24為耐收縮性測(cè)試結(jié)果的表(表VI)。
[0070]圖25a_b為實(shí)例4中提及的樣品面板的配方的主要組分(除非另外指出，每個(gè)試驗(yàn)的平均值)的表(表VII)。
[0071]圖26a_b為來(lái)自表VII和實(shí)例4B中提及的樣品試驗(yàn)的試樣的高溫收縮率和高溫厚度膨脹的表(表VIII)。
[0072]圖27為在使用根據(jù)本發(fā)明的原理形成的面板的組件中對(duì)于在50、55和60分鐘時(shí)所需耐火性的預(yù)期最小隔熱指數(shù)值的表(表1X)。
[0073]圖28a_b為來(lái)自表VII和實(shí)例4D中提及的樣品試驗(yàn)的試樣的高溫隔熱測(cè)試的表(表 X)。
[0074]圖29a_c為來(lái)自表VII和實(shí)例4E中提 及的樣品試驗(yàn)的試樣的耐火測(cè)試的數(shù)據(jù)的表(表XI)。
[0075]圖30為來(lái)自表VII和實(shí)例5中提及的樣品試驗(yàn)的試樣的拔釘阻力測(cè)試的數(shù)據(jù)的表(表XII)。
[0076]圖31為來(lái)自樣品試驗(yàn)17、18和19的試樣的撓曲強(qiáng)度測(cè)試的數(shù)據(jù)的表(表XIII)。
[0077]圖32a_c為來(lái)自樣品試驗(yàn)17、18和19的試樣的芯、端部和邊緣硬度測(cè)試的數(shù)據(jù)的表(表XIV)。
[0078]圖33為來(lái)自根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的石膏面板的實(shí)例和X型商用耐火石膏面板的聲音傳播損失測(cè)試的數(shù)據(jù)的表(表XV)。
[0079]圖34a_b為經(jīng)硅氧烷/淀粉處理的面板的實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)的表(表XVI)。
[0080]圖35為來(lái)自實(shí)例10中提及的實(shí)驗(yàn)室樣品的試樣的高溫收縮率和高溫厚度膨脹測(cè)試的表(表XVII)。
[0081]圖36為來(lái)自實(shí)例10中提及的實(shí)驗(yàn)室樣品的試樣的高溫隔熱指數(shù)測(cè)試的表(表XVII)。
[0082]圖37為具有不同量的蛭石的用于實(shí)驗(yàn)室樣品的配方的表(表XIX)。
[0083]圖38a_c為具有不同量的氫氧化鋁(ATH)的示例11A、樣品1-9的高溫隔熱指數(shù)、高溫收縮率和高溫?zé)崤蛎洔y(cè)試的表(表XXa-c)。
[0084]圖39為作為以灰泥重量計(jì)的重量百分比的ATH的量相對(duì)于獲自示例11A、樣品3-9的圖38a的表XXb中的測(cè)試數(shù)據(jù)的高溫隔熱指數(shù)的圖。
[0085]圖40a_c為具有不同量的ATH的實(shí)例11B、樣品10-17的高溫隔熱指數(shù)、高溫收縮率和高溫?zé)崤蛎洔y(cè)試的表(表XXIa-c)。
[0086]圖41a_b為具有ATH的示例11C、樣品18_20的高溫隔熱指數(shù)、高溫收縮率和高溫?zé)崤蛎洔y(cè)試的表(表XXIIa和XXIIb)。
【具體實(shí)施方式】
[0087]如下所述的實(shí)施例不旨在為窮舉的或?qū)⑺綑?quán)利要求書限制為本文公開(kāi)的具體組合物、組件、方法和操作。相反，所描述的方面和實(shí)施例被選擇用于解釋本公開(kāi)的原理及其應(yīng)用、操作和用途，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員最好地遵循本公開(kāi)的教導(dǎo)。
[0088]本公開(kāi)提供了使用灰泥、非膨脹條件下的高膨脹顆粒(如高膨脹蛭石)和其他指出成分(其例子在圖19中的表1中提及)的組合的實(shí)施例。這些配方提供了耐火的降低重量和密度的石膏面板，所述石膏面板提供了所需的耐火性質(zhì)，之前認(rèn)為所述耐火性質(zhì)對(duì)于這種降低重量和密度的石膏面板是不可能的。根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板也可具有適于多種建造目的的拔釘阻力和聲音傳播特性，且在一些實(shí)施例中，這些性質(zhì)可相比于顯著更重更致密的商用耐火面板。制備根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板的獨(dú)特配方和方法有可能制得這種高性能降低重量和密度的耐火石膏面板，當(dāng)加熱至約1560° F(850°C)時(shí)，所述耐火石膏面板具有在x-y方向(寬度-長(zhǎng)度)上小于約10%的高溫收縮率和大于約20%的在z方向(厚度)上的高溫厚度膨脹。在其他實(shí)施例中，當(dāng)用于墻或其他組件中時(shí)，這種組件具有可相比于由更重更致密的商用耐火面板制得的組件的耐火測(cè)試性能。
[0089]在其他實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的耐火石膏面板及其制備方法可包括設(shè)置于兩個(gè)覆蓋片材之間的石膏芯。石膏芯可包含凝固石膏的結(jié)晶基質(zhì)和高膨脹粒子，所述高膨脹粒子在約1560° F(約850°C )下加熱約I小時(shí)之后可膨脹至其初始體積的約300%或更多。石膏芯可具有約40磅/立方英尺或更少的密度(D)和至少約11磅(5kg)的芯硬度。石膏芯可有效提供約20分鐘或更大的隔熱指數(shù)(TI)。石膏芯可有效提供約0.6分鐘/磅/立方英尺(.038分鐘/ (kg/m3))或更大的TI/D比。
[0090]在一些實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的耐火石膏面板及其制備方法可提供在約1800° F(980°C )下加熱I小時(shí)時(shí)顯示出約85%或更大的平均耐收縮性的面板。在其他實(shí)施例中，當(dāng)在約1800° F(980°C)下加熱I小時(shí)時(shí)，面板顯示出約75%或更大的平均耐收縮性。
[0091]在一些實(shí)施例中，本公開(kāi)提供了石膏芯密度小于約40pcf的5/8英寸厚的石膏面板。在其他優(yōu)選實(shí)施例中，面板石膏芯密度為約30pcf至約40pcf,約32pcf至約38pcf,或約35至約37pcf。根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的這種面板提供了可相比于重得多且致密得多的石膏面板的耐火性質(zhì)，所述重得多且致密得多的石膏面板例如當(dāng)前的商用5/8”X型(耐火)耐火石膏面板，其通常具有至少約42pcf (和至少約22001b/msf的5/8英寸厚的面板重量)的芯密度，如SHEETROCK?牌FIRE CODE? X型面板。
[0092]在其他實(shí)施例中，提供了一種通過(guò)制備煅燒石膏而制備耐火石膏面板的方法，所述煅燒石膏含有具有如下本文所述的組分的水性漿料，其中以在一些實(shí)施例中約0.6至約1.2，在一些實(shí)施例中約0.8至約1.0，在其他實(shí)施例中約0.9的優(yōu)選水/灰泥重量比使用煅燒石膏(也稱為灰泥)和水以產(chǎn)生水性漿料。所述漿料作為連續(xù)帶在紙、非織造玻璃纖維或其他纖維材料或纖維材料的組合的連續(xù)覆蓋片材幅材上沉積。然后將第二這種連續(xù)覆蓋片材幅材置于沉積的漿料帶上，以形成具有所需厚度和寬度的連續(xù)石膏面板。在含煅燒石膏的漿料充分硬化(通過(guò)煅燒石膏的脫水以形成凝固石膏的連續(xù)基質(zhì))以用于切割之后，將所述連續(xù)石膏面板切割至所需長(zhǎng)度，并干燥所得石膏面板。另外，經(jīng)干燥的面板可經(jīng)受進(jìn)一步的切割、成形和修整步驟。
[0093]在其他實(shí)施例中，更高密度的石膏層可在第一覆蓋片材處或圍繞第一覆蓋片材和/或沿著覆蓋片材的外周緣形成。更高密度的層通常為板表面提供有利的性質(zhì)，如增加的硬度、改進(jìn)的拔釘強(qiáng)度等。沿著覆蓋片材的外周緣的更高密度通常提供改進(jìn)的邊緣硬度和其他有利性質(zhì)。在其他實(shí)施例中，將更高密度的層施用至覆蓋片材中的一者或兩者，或者施用至芯/覆蓋片材構(gòu)造的等 同部分。
[0094]通常，通過(guò)常規(guī)技術(shù)，例如在將芯層沉積至第一覆蓋片材上或在將第二覆蓋片材施用至芯漿料層的上游或在接近將芯層沉積至第一覆蓋片材上或?qū)⒌诙采w片材施用至芯漿料層時(shí)涂布覆蓋層中的一者或兩者，從而施用更高密度的層。類似地，通常在將芯漿料沉積至第一片材上的上游或接近將芯漿料沉積至第一片材上時(shí)將外周更高密度的層作為石膏漿料(其具有與芯漿料不同的密度)的條或窄帶施用至第一覆蓋片材的外周緣。在這種實(shí)施例中的一些中，更高密度的層占板重量的約3%至約4%。
[0095]因此，在一些實(shí)施例中，提供了適于用作墻壁、天花板或其他建造應(yīng)用(如外殼、屋頂材料等)的降低重量和密度的耐火石膏面板。在這種實(shí)施例中的某些中，石膏面板具有適用于建造應(yīng)用中的標(biāo)稱厚度，如約5/8英寸，約1/2英寸和/或約1/4英寸，這些是用于許多內(nèi)部和外部建筑應(yīng)用的典型厚度。所述覆蓋片材也可涂布有耐水或耐濫用(abuse-resistant)涂層,或在一些應(yīng)用中涂布有石膏、膠接材料、丙烯酸類材料或適用于特定建造需要的其他涂層。面板也可成型為適于標(biāo)準(zhǔn)、非標(biāo)準(zhǔn)或定制應(yīng)用的多種尺寸。這種面板的例子為標(biāo)稱4英尺寬的面板，其具有用于建筑物建造目的的那些面板典型的8英尺、10和12英尺的標(biāo)稱長(zhǎng)度。
[0096]相對(duì)于具有類似尺寸的常規(guī)面板，降低重量的耐火面板的芯密度對(duì)面板總重量起重要作用。因此，在具有上述芯密度的實(shí)施例中，具有典型的紙覆蓋片材的面板密度可包括約 30pcf 至約 39.5pcf，約 32.7pcf 至約 38.5pcf，約 35.6pcf 至約 37.5pcf。對(duì)于具有這種面板密度的5/8英寸厚的4英尺X8英尺的面板，面板重量可分別為約16001b/msf至約20551b/msf，約 17001b/msf 至約 20001b/msf，18501b/msf 至約 19501b/msf。對(duì)于其他面板厚度和尺寸，面板的重量可成比例地變化。例如，在具有類似密度但具有標(biāo)稱1/2英寸厚度的面板的情況中，面板重量為上述5/8英寸厚的面板重量的約80%。類似地，對(duì)于具有可相比的密度和尺寸但具有標(biāo)稱3/4英寸厚度的面板，面板重量可為上述5/8英寸厚的面板的約 120%。
[0097]在其中凝固石膏芯具有約30pcf至約40pcf的密度的實(shí)施例中，5/8英寸厚的面板的芯可由衆(zhòng)料配方形成，所述衆(zhòng)料配方包含約11621bs/msf至約15651bs/msf的量的灰泥、灰泥的約5重量％至約10重量％的高膨脹蛭石、灰泥的約0.3重量％至約3重量％的淀粉、灰泥的約0.3重量％至約0.5重量％的礦物纖維或玻璃纖維，和灰泥的約0.03重量％至約0.4重量％的磷酸鹽。如下所述，在實(shí)施本公開(kāi)的原理中可以以常規(guī)的量使用其他常規(guī)添加劑以賦予合意的性質(zhì)，從而有利于制造并獲得所需的芯密度。在其他實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的5/8英寸厚的面板的石膏芯可具有約32至約38磅/立方英尺的密度，以及約1500至約17001b/msf的石膏芯重量。在這種實(shí)施例中的一些中，石膏芯也包含約5.5%至約8%的高膨脹蛭石、約0.5%至約2.5%的淀粉、約0.4%至約0.7%的礦物纖維或玻璃纖維，和約0.07%至約0.25%的磷酸鹽。如上所述，可鑒于覆蓋片材的組成和重量、面板芯的其他添加劑的性質(zhì)和量以及石膏灰泥的品質(zhì)而進(jìn)一步調(diào)節(jié)石膏芯的每一個(gè)組分(如淀粉、纖維和磷酸鹽)，以提供所需的面板性質(zhì)。
[0098]在圖19中的表1中提及的示例性實(shí)施例中，灰泥、高膨脹蛭石形式的高膨脹顆粒和其他指出的成分的組合提供了具有所需耐火性的降低重量的石膏面板，也提供了滿足所需拔釘阻力和聲音傳播性質(zhì)的面板。該成分組合(和本發(fā)明范圍內(nèi)的其他)有可能制得這種高性能的降低重量的耐火石膏面板，所述石膏面板具有可相比于(如果不優(yōu)于)重得多且致密得多的石膏面板的x-y區(qū)域耐收縮性和z方向膨脹性質(zhì)。在諸如圖19中的表1中所述的那些實(shí)施例中，如下文實(shí)例4B中所述在約1560° F(850°C)下，在χ-y方向上(寬度-長(zhǎng)度)的面板的高溫收縮率通常小于約10%，且z方向上(厚度)的面板厚度的高溫厚度膨脹通常大于約20%。在一些實(shí)施例中，如實(shí)例4B中所述在約1570° F(855°C )下，z方向高溫厚度膨脹與x-y高溫收縮率的比例為至少約2至超過(guò)約17。
[0099]耐熱性的另一量度在下文實(shí)例3中討論。在該測(cè)試中評(píng)估在超過(guò)約1800° F(980°C )的溫度下的耐熱性。使用根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板，如圖19中的表I中所述的那些，降低重量和密度的石膏面板顯示了大于約85%的在x-y方向上的耐收縮性。在表1中以lb/msf表不的值用于標(biāo)稱5/8英寸厚的面板。
[0100]在實(shí)施本公開(kāi)的原理中可以以常規(guī)的量使用其他常規(guī)添加劑，以賦予合意的性質(zhì)并有利于制造。這種添加劑的例子為水性泡沫、促凝劑、緩凝劑、脫水抑制劑、粘結(jié)劑、粘合劑、分散助劑、均化劑或非均化劑、增稠劑、殺菌劑、殺真菌劑、PH調(diào)節(jié)劑、著色劑、防水劑、填料和它們的混合物。在一些實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的石膏面板可在其石膏芯中摻入無(wú)機(jī)材料，如粘土、膠體二氧化硅，或膠體氧化鋁。在這種實(shí)施例中的大多數(shù)中，這種無(wú)機(jī)材料的量不會(huì)在高溫條件下顯著影響石膏面板的耐收縮性。
[0101]在使用在圖19中的表1中公開(kāi)的那些范圍內(nèi)的一種或多種配方的一些實(shí)施例中，提供了面板及其制備方法，所述面板構(gòu)造為滿足或超過(guò)根據(jù)ULU305、U419、U423和/或等同耐火測(cè)試工序和標(biāo)準(zhǔn)的消防和結(jié)構(gòu)完整性要求的“I小時(shí)”耐火等級(jí)的降低重量和密度的5/8英寸厚的石膏面板。在使用表1的配方的其他實(shí)施例中，本公開(kāi)提供了能夠滿足根據(jù)消防和結(jié)構(gòu)完整性工序和標(biāo)準(zhǔn)U419的至少3/4小時(shí)耐火等級(jí)的降低重量和密度的1/2英寸厚的石膏面板及其制備方法?？墒褂门c本文公開(kāi)的原理一致的其他配方獲得類似的結(jié)果。
[0102]據(jù)信降低的重量、耐火性以及上述強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)特性的組合是源于來(lái)自如上組分的各種組合的出乎意料的結(jié)果。如下更詳細(xì)討論可用于遵循本公開(kāi)的原理的煅燒石膏漿料中的組分。
[0103]灰泥-用于形成石膏面板芯的結(jié)晶基質(zhì)的灰泥(或煅燒石膏)組分通常包括來(lái)自天然或合成來(lái)源的β半水合硫酸鈣、水溶性硫酸鈣無(wú)水石膏、α半水合硫酸鈣，或這些的任意者或全部的混合物。在一些實(shí)施例中，灰泥可包括非石膏礦物質(zhì)，如少量的粘土或者與石膏源相關(guān)或在煅燒、加工和/或`將灰泥遞送至混合器的過(guò)程中添加的其他組分。
[0104]例如，圖19中的表1中提及的灰泥的量假設(shè)石膏源具有至少約95%的純度。因此，用于形成芯漿料的組分和它們的相對(duì)量(如在上表1中提及的那些)可取決于灰泥來(lái)源、純度和含量而變化或修改。例如，取決于石膏純度、石膏的天然或合成來(lái)源、灰泥水含量、灰泥粘土含量等，對(duì)于不同的灰泥組成可修改石膏芯漿料的組成和高膨脹蛭石的量。
[0105]高膨脹顆粒-根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的降低重量和密度的石膏面板可獲得就對(duì)火災(zāi)和相關(guān)的極熱條件的抗性而言獨(dú)特且出乎意料的結(jié)果，而不依賴于常規(guī)耐火石膏面板所特有的增加量的石膏半水合物或者不主要依賴于常規(guī)的相對(duì)低膨脹蛭石，如稱為“N0.5級(jí)”非膨脹蛭石(具有小于約0.0157英寸(0.40mm)的典型粒徑)的那個(gè)。如上所述，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板可使用相對(duì)于N0.5級(jí)蛭石(美國(guó)等級(jí)系統(tǒng))和已用于商用耐火石膏面板中的其他低膨脹蛭石具有高膨脹體積的蛭石形式的高膨脹顆粒。
[0106]本文稱為“高膨脹蛭石”的蛭石在約1560° F(約850°C )下加熱I小時(shí)之后具有其初始體積的約300%或更大的體積膨脹。相比之下，N0.5級(jí)非膨脹蛭石在約1560° F(約850°C)下通常具有約225%的體積膨脹。具有可相比于高膨脹蛭石的性質(zhì)的其他顆粒同樣也可用于根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板的實(shí)施例中。在一些實(shí)施例中，可使用在置于具有約1560° F(約850°C )的溫度的室中I小時(shí)之后具有其初始體積的約300%至約380%的體積膨脹的高膨脹蛭石。
[0107]一種這種高膨脹蛭石通常稱為N0.4級(jí)非膨脹蛭石(美國(guó)等級(jí)系統(tǒng))(這種高膨脹蛭石在上述美國(guó)專利N0.3，454，456中被排斥作為在耐火石膏墻板中的可用的成分)。在一些實(shí)施例中，用于根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板中的高膨脹蛭石中的粒子的至少約50%將大于約50目(即大于約0.0117英寸(0.297mm)開(kāi)口)。在其他實(shí)施例中，粒子的至少約70%將大于約70目(即大于約0.0083英寸(0.210mm)開(kāi)口)。
[0108]在其他實(shí)施例中，可使用在不同和/或外國(guó)等級(jí)系統(tǒng)下分類的高膨脹蛭石。這種高膨脹蛭石應(yīng)具有本文所述的那些所特有的基本上類似的耐膨脹性和/或耐熱性特性。例如，在一些實(shí)施例中，可使用分類為歐洲、南美或南非O級(jí)(微米)或I級(jí)(超細(xì))的蛭石。
[0109]在一些實(shí)施例中，可使用包括如下粒子分布的高膨脹蛭石:蛭石粒子的至多約50%小于約500微米,蛭石粒子的至多約60%為約500微米至約1000微米之間,蛭石粒子的至多約40 %為約1000微米至約1500微米之間，且蛭石粒子的至多約20 %為約1500微米至約3000微米之間。在一些實(shí)施例中，高膨脹蛭石可包括根據(jù)如下分布的蛭石粒子:粒子的約25%至約45%之間小于約500微米，粒子的約40%至約60%之間為約500微米至約1000微米之間，粒子的至多約20%為約1000微米至約1500微米之間，粒子的至多約10%為約1500微米至約3000微米之間。在其他實(shí)施例中，高膨脹蛭石可包括根據(jù)如下分布的蛭石粒子:粒子的約5%至約20%之間小于約500微米,粒子的約35%至約60%之間為約500微米至約1000微米之間，粒子的約20%至約40%之間為約1000微米至約1500微米之間，粒子的至多約20%為約1500微米至約3000微米之間。
[0110]在其他實(shí)施例中，也可使用已經(jīng)化學(xué)處理或改性，從而在加熱下顯示出類似于本文所述的高膨脹蛭石的體積膨脹行為的蛭石?？捎糜诟鶕?jù)本公開(kāi)的原理形成的面板中的高膨脹蛭石也可包括其他蛭石、蛭石混合物和/或含蛭石的組合物(和其他粒徑和尺寸分布)，以及提供本文公開(kāi)的面`板所特有的面板收縮和膨脹特性的可相比的膨脹性質(zhì)的其他顆粒材料。其他合適的高膨脹蛭石和其他顆粒也可在對(duì)提供本文公開(kāi)的降低重量和密度的耐火石膏面板并非重要的方面與本文公開(kāi)的那些有所不同。
[0111]在一些實(shí)施例中，用于根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的降低重量和密度的耐火石膏面板中的高膨脹蛭石可包括通過(guò)多種來(lái)源市售的商用美國(guó)4級(jí)蛭石。商業(yè)生產(chǎn)商中的每一個(gè)可提供用于高膨脹蛭石的物理性質(zhì)的規(guī)范，例如Mohs硬度、總水分、游離水分、體密度、比率、縱橫比、陽(yáng)離子交換能力、溶解度、PH(在蒸餾水中)、膨脹比、膨脹溫度和熔點(diǎn)。預(yù)期在使用不同來(lái)源的高膨脹蛭石的不同實(shí)施例中，這些物理性質(zhì)將不同。
[0112]在一些實(shí)施例中，高膨脹蛭石粒子通常在石膏面板的整個(gè)芯部分布。在其他實(shí)施例中，高膨脹蛭石粒子通常在石膏面板的整個(gè)芯部均勻分布。
[0113]高膨脹蛭石可通常在面板芯的整個(gè)降低密度的部分無(wú)規(guī)分布。在一些實(shí)施例中，可能合意的是在面板的更致密部分中(例如在與面板面相鄰的上述增加密度的石膏層中，或沿著面板邊緣的具有更大密度的芯的部分中)具有不同的蛭石分布。在其他實(shí)施例中，高膨脹蛭石可從面板的那些更致密的部分(如面板的硬化的邊緣和表面)中被大量排除。在面板的較致密部分中蛭石粒子含量和分布的這種不同可能是由于如下原因:通過(guò)使用邊緣混合器(edge mixer)或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他裝置，通過(guò)其他適當(dāng)?shù)难b置將蛭石引入用于面板的降低密度的芯部的漿料中，從芯漿料混合器中抽取芯漿料以用于面板的那些部分。
[0114]可進(jìn)一步存在分布于整個(gè)芯中的高膨脹粒子的量的變化，以及在根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板的一些實(shí)施例中的粒子相對(duì)于如此形成的其他面板中的粒子分布的特定分布的變化。高膨脹粒子的量和分布的這種變化將取決于摻入漿料中的蛭石或其他粒子的量和類型、高膨脹粒子尺寸和尺寸分布、芯漿料組成和芯漿料混合和分布工序(除了其他因素之外)。類似地，特定粒子的分布、粒子性質(zhì)和芯內(nèi)的粒徑可變化，并可取決于混合過(guò)程中的類似因素和面板成型過(guò)程中芯漿料的分布。
[0115]在一些實(shí)施例中，高膨脹粒子分布避免了在面板芯的部分中高濃度的高膨脹粒子的情況，所述情況在面板的正常使用過(guò)程中或在高溫和/或火災(zāi)條件過(guò)程中顯著降低芯的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和完整性。這不包括在典型商業(yè)生產(chǎn)中遇到的小的變化。也可根據(jù)在芯的一個(gè)或多個(gè)部分中的粒子濃度而改變高膨脹粒子分布，以用于面板的特定所需應(yīng)用。
[0116]在一些實(shí)施例中，高膨脹粒子在面板的降低密度的芯中的上述分布在混合芯漿料、漿料傳遞至第一覆蓋片材和/或漿料在覆蓋片材上分布的過(guò)程中發(fā)生。在一些實(shí)施例中，可在芯漿料的混合和制備過(guò)程中將高膨脹粒子添加至具有其他干燥或半干材料的芯漿料混合器中。或者，在其他實(shí)施例中，可在通常將高膨脹粒子分布于面板石膏芯的所需部分內(nèi)的其他工序、步驟或階段中添加高膨脹粒子。
[0117]如在如下進(jìn)一步討論的圖1-6中所反映，蛭石粒子通常接近或鄰接空穴分布，所述空穴在石膏芯的降低密度的部分中以及在本領(lǐng)域技術(shù)人員預(yù)期有助于芯的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的芯的結(jié)晶部分中形成。在降低密度的結(jié)晶芯結(jié)構(gòu)(其本身被認(rèn)為相對(duì)易碎)中的這種分布將使得本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為，蛭石粒子的顯著膨脹將破壞芯，并導(dǎo)致本領(lǐng)域技術(shù)人員已知并在如上所述的參考文獻(xiàn)中討論的散裂、芯斷裂和芯破壞。這對(duì)于根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的石膏面板(其中面板芯具有相對(duì)較低的密度，并因此具有相對(duì)較高的空穴體積和顯著降低的結(jié)晶石膏含量)的實(shí)施例尤其如此。預(yù)期芯結(jié)晶石膏含量的降低將降低石膏面板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和受熱器能力。如下文進(jìn)一步所討論，出乎意料地，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板并非如此。
[0118]淀粉-如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解，用于制備根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板的芯漿料配方的實(shí)施例可包含淀粉。在根據(jù)本公開(kāi)的原 理形成的面板以及制備這種面板的方法的一些實(shí)施例中，如圖19中的表1提及的芯漿料配方包含預(yù)膠化淀粉或功能等同的淀粉?？赏ㄟ^(guò)在至少185° F的溫度下在水中蒸煮淀粉，或者通過(guò)在用于面板芯中的淀粉中引起凝膠形成的其他公知方法，將生淀粉預(yù)膠化。淀粉可以以干燥形式、預(yù)分散的液體形式或兩者的組合摻入芯漿料。在干燥形式下，淀粉可與其他干燥成分一起或者在分開(kāi)的添加工序、步驟或階段中添加至芯漿料混合器。在預(yù)分散形式下，淀粉可與其他液體成分(例如定量水)一起添加，或者在分開(kāi)的添加工序、步驟或階段中添加。
[0119]可用于實(shí)施本公開(kāi)的易得的預(yù)膠化淀粉的一些例子為來(lái)自嘉吉公司(Cargill，Inc.)或來(lái)自阿徹丹尼爾米德蘭公司(Archer Daniels Midland C0.)的市售預(yù)膠化黃玉米面淀粉。在一些實(shí)施例中，淀粉組分包括至少預(yù)膠化的玉米淀粉，如可得自密蘇里州圣路易斯的邦基磨粉公司(Bunge Milling, St.Louis,Missouri)的預(yù)膠化的玉米粉。這種預(yù)膠化淀粉具有如下典型特性:水分約7.5%、蛋白質(zhì)約8.0%、油約0.5%、粗纖維約0.5%、灰分約0.3% ;并具有約0.48psi的濕強(qiáng)度，具有約351b/ft3的堆積密度。在其他實(shí)施例中，芯漿料配方可包含適用于本公開(kāi)的目的的一種或多種市售羥乙基化的淀粉。
[0120]在其他實(shí)施例中，可使用其他可用的淀粉，包括酸改性的淀粉，如可作為H1-BOND得自密蘇里州圣路易斯的邦基磨粉公司(Bunge Milling, St.Louis,Missouri)的酸改性的玉米粉。該淀粉具有如下典型特性:水分約10.0%、油約1.4%、冷水可溶物約17.0%、堿性流動(dòng)性約98.0%、堆積密度約301b/ft3和約20%漿料，pH為約4.3。另一可用的淀粉為非預(yù)膠化的小麥淀粉，如可得自加拿大魁北克蒙特利爾的ADM/奧格爾維公司(ADM/Ogilvie，Montreal, Quebec, Canada)的 EC0S0L-45。
[0121] 纖維-在摻入諸如圖19中的表1中提及的纖維的一些實(shí)施例中以及用于制備這種面板的方法中，所述纖維可包括礦物纖維、碳纖維和/或玻璃纖維，和這種纖維的混合物，以及為面板提供可相比的有益效果的其他可相比的纖維。在一些實(shí)施例中，將玻璃纖維摻入石膏芯漿料和所得結(jié)晶芯結(jié)構(gòu)中。在這種實(shí)施例中的一些中，玻璃纖維可具有約0.5至約0.75英寸的平均長(zhǎng)度和約11至約17微米的直徑。在其他實(shí)施例中，這種玻璃纖維可具有約0.5至約0.675英寸的平均長(zhǎng)度和約13至約16微米的直徑。在其他實(shí)施例中，使用軟化點(diǎn)為約800°C以上的E-玻璃纖維，一種這種纖維類型為軟化點(diǎn)為至少約900°C以上的Advantex'玻璃纖維(可得自歐文斯科寧公司(Owens Corning))。諸如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的那些的礦物棉或碳纖維可代替玻璃纖維或與玻璃纖維組合使用，所述玻璃纖維例如上述那些。
[0122]磷酸鹽-在根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板以及制備這種面板的方法的一些實(shí)施例中，將如圖19中的表1中提及的磷酸鹽或磷酸鹽離子的其他來(lái)源添加至用于制備面板石膏芯的石膏漿料中。相比于由不含磷酸鹽的混合物形成的凝固石膏，使用這種磷酸鹽可有助于為石膏芯提供增加的強(qiáng)度、對(duì)永久變形的抗性(例如抗流掛性)和尺寸穩(wěn)定性。在這種實(shí)施例中的一些中，磷酸鹽源以為面板和面板芯提供尺寸穩(wěn)定性或濕強(qiáng)度的量添加，同時(shí)芯中的石膏半水合物水合并形成石膏二水合物結(jié)晶芯結(jié)構(gòu)(例如在形成板與形成過(guò)程的窯爐部分之間的時(shí)間過(guò)程中)。另外，應(yīng)注意，就添加的磷酸鹽充當(dāng)阻滯劑而言，可以以所需的水平添加適當(dāng)?shù)拇龠M(jìn)劑，以克服磷酸鹽的任何不利的阻滯作用。磷酸鹽通常以干燥形式和/或液體形式與通常添加至芯漿料混合器中的干燥成分和添加至混合器的液體成分一起添加，或者在其他階段或工序中添加。
[0123]可用于本公開(kāi)的含磷酸鹽的組分包括水溶性組分，并且可為離子、鹽或酸的形式，即縮合磷酸，所述縮合磷酸中的每一種包含2個(gè)或更多個(gè)磷酸單元；縮合磷酸鹽的鹽或離子，所述縮合磷酸鹽的鹽或離子中的每一種包含2個(gè)或更多個(gè)磷酸鹽單元；以及正磷酸鹽的一代鹽或一價(jià)離子，如例如在美國(guó)專利6，342，284,6, 632，550和6，815，049中所描述，全部所述專利的公開(kāi)內(nèi)容以引用方式并入本文。這類磷酸鹽的合適的例子對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。例如，任何合適的含一代正磷酸鹽的化合物可用于實(shí)施本公開(kāi)的原理，包括但不限于磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀和它們的組合。優(yōu)選的一代磷酸鹽為磷酸二氫鉀。
[0124]類似地，根據(jù)本公開(kāi)可使用任何合適的水溶性多磷酸鹽。多磷酸鹽可為環(huán)狀或無(wú)環(huán)的。示例性的環(huán)狀多磷酸鹽包括例如三偏磷酸鹽和四偏磷酸鹽。三偏磷酸鹽可選自例如三偏磷酸鈉(本文也稱為STMP)、三偏磷酸鉀、三偏磷酸鋰、三偏磷酸銨等，或它們的組合。[0125]而且，根據(jù)本公開(kāi)可使用任何合適的水溶性無(wú)環(huán)多磷酸鹽。無(wú)環(huán)多磷酸鹽具有至少兩個(gè)磷酸鹽單元。舉例而言，根據(jù)本公開(kāi)的合適的無(wú)環(huán)多磷酸鹽包括但不限于焦磷酸鹽、三聚磷酸鹽、具有約6至約27個(gè)重復(fù)磷酸鹽單元的六偏磷酸鈉、具有約6至約27個(gè)重復(fù)磷酸鹽單元的六偏磷酸鉀、具有約6至約27個(gè)重復(fù)磷酸鹽單元的六偏磷酸銨，以及它們的組合。根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)優(yōu)選的無(wú)環(huán)多磷酸鹽可作為CALGON.RTM購(gòu)自密蘇里州圣路易斯的ICL 性能產(chǎn)品公司(ICL performance Products LP, St.Louis,Missouri),其為具有約 6 至約27個(gè)重復(fù)磷酸鹽單元的六偏磷酸鈉。[0126]優(yōu)選地，含磷酸鹽的化合物選自如下:具有分子式(NaPO3)3的三偏磷酸鈉、具有約6至約27個(gè)重復(fù)磷酸鹽單元，并具有分子式Nan+2Pn03n+1的六偏磷酸鈉，其中η = 6-27,具有分子式K4P2O7的焦磷酸四鉀、具有分子式Na3K2P3Oltl的三聚磷酸二鉀二鈉、具有分子式Na5P3O10的三聚磷酸鈉、具有分子式Na4P2O7的焦磷酸四鈉、具有分子式Al (PO3)3的三偏磷酸鋁、具有分子式Na2H2P2O7的酸式焦磷酸鈉、具有1000-3000個(gè)重復(fù)磷酸鹽單元，并具有分子式(NH4)η+2Ρη03η+1的多磷酸銨，其中η = 1000-3000，或具有2個(gè)或更多個(gè)重復(fù)磷酸單元，并具有分子式Ηη+2Ρη03η+1的多磷酸，其中η為2或更大。三偏磷酸鈉是最優(yōu)選的，并可購(gòu)自密蘇里州圣路易斯的 ICL 性能產(chǎn)品公司(ICL performance Products LP, St.Louis, Missouri)。
[0127]分散劑-在根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的降低重量和密度的耐火面板以及制備這種面板的方法的其他實(shí)施例中，如圖19中的表1中提及的那些分散劑可包含于石膏芯漿料中。分散劑可以以干燥形式與其他干燥成分一起添加和/或以液體形式與在芯漿料混合器中的其他液體成分一起添加，或者在其他步驟或工序中添加。
[0128]在一些實(shí)施例中，這種分散劑可包括萘磺酸鹽，如聚萘磺酸及其鹽(聚萘磺酸鹽)和衍生物(其為萘磺酸與甲醛的縮合產(chǎn)物)。這種合意的聚萘磺酸鹽包括萘磺酸鈉和萘磺酸鈣。萘磺酸鹽的平均分子量可為約3，000至27，000，盡管優(yōu)選的是分子量為約8，000至10，000。在給定固體百分比的水溶液下，相比于更低分子量的分散劑，更高分子量的分散劑具有更高的粘度，并產(chǎn)生配方中更高的水需求。
[0129]可用的萘磺酸鹽包括可得自俄亥俄州克利夫蘭的GEO專業(yè)化學(xué)公司(GE0Specialty Chemicals, Cleveland, Ohio)的DIL0FL0、可得自馬薩諸塞州列克星敦的漢普夏化學(xué)公司(Hampshire Chemical Corp., Lexington,Massachusetts)的 DAXAD,和可得自印第安納州拉斐特的GEO專業(yè)化學(xué)公司(GEO Specialty Chemicals, Lafayette, Indiana)的LOMAR D。例如，萘磺酸鹽優(yōu)選用作約35重量％至約55重量％固含量范圍內(nèi)的水溶液。最優(yōu)選的是使用例如約40重量％至約45重量％固含量范圍內(nèi)的水溶液形式的萘磺酸鹽?；蛘撸?dāng)適當(dāng)時(shí)，萘磺酸鹽可以以干燥固體或粉末的形式使用，例如LOMAR D。
[0130]或者，在其他實(shí)施例中，可使用可用于改進(jìn)石膏漿料中的流動(dòng)性的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的分散劑，如聚羧酸酯分散劑。多種聚磷酸酯分散劑，特別是聚羧酸醚為優(yōu)選的分散劑類型。用于漿料中的一類優(yōu)選的分散劑包含兩個(gè)重復(fù)單元，并進(jìn)一步描述于題為“Gypsum Products Utilizing a Two-Repeating Unit System and Process for MakingThem(使用雙重復(fù)單元體系的石膏產(chǎn)品及其制備方法)”的以引用方式并入本文的美國(guó)專利7，767,019中。這些分散劑的例子為BASF建造聚合物公司(德國(guó)Trostberg) (BASFConstruction Polymers, GmbH (Trostberg, Germany))的產(chǎn)品，并由 BASF 建造聚合物公司(佐治亞州，肯尼索)(BASF Construction Polymers, Inc.(Kennesaw, Georgia))(下文為“BASF”)供應(yīng)，并在下文稱為“PCE211型分散劑”。PCE211型分散劑的一種特別有用的分散劑指定為PCE211 (下文為“ 211”)。可用于本公開(kāi)中的該系列中的其他聚合物包括PCEl 11。PCE211型分散劑更完全地描述于2007年7月13日提交的題為“Polyether-ContainingCopolymer (含聚醚的共聚物)”的美國(guó)11/827，722號(hào)(公布號(hào)US2007/0255032A1)中，所述申請(qǐng)以引用方式并入本文。
[0131]這種PCE211型分散劑的一類的分子量可為約20，000至約60，000道爾頓。已發(fā)現(xiàn)，相比于具有大于60，000道爾頓的分子量的分散體，更低分子量的分散劑產(chǎn)生更少的凝固時(shí)間延遲。通常，產(chǎn)生總分子量的增加的更長(zhǎng)的側(cè)鏈長(zhǎng)度提供更好的可分配性。然而，使用石膏的測(cè)試表明分散劑的效力在50，000道爾頓以上的分子量下降低。
[0132]可用作本公開(kāi)的分散劑的另一類聚羧酸酯化合物公開(kāi)于美國(guó)專利N0.6，777，517，其以引用方式并入本文，并在下文稱為“2641型分散劑”。PCE211型和2641型分散劑的例子由 BASF 建造聚合物公司(德國(guó) Trostberg) (BASF Construction Polymers,GmbH(Trostberg, Germany))制造，并由BASF建造聚合物公司(佐治亞州，肯尼索)(BASFConstruction Polymers, Inc.(Kennesaw, Georgia))在美國(guó)銷售。優(yōu)選的 2641 型分散劑作為 MELFLUX2641F、MELFLUX2651F 和 MELFLUX2500L 分散劑由 BASF 銷售。
[0133]又一優(yōu)選的分散劑家族由BASF銷售，并稱為“1641型分散劑”。1641型分散劑更完全地描述于美國(guó)專利N0.5，798，425中，所述專利以引用方式并入本文。這種1641型分散劑中的一種由BASF作為MELFLUX1641F分散劑銷售?？墒褂玫钠渌稚┌ㄆ渌埕人狨ッ?如可得自南卡來(lái)羅納州切斯特的高帝斯公司(Coatex, Inc.0f Chester, SouthCarolina)的COATEX Ethacryl M)和木質(zhì)素磺酸鹽或磺化木質(zhì)素。木質(zhì)素磺酸鹽為水溶性陰離子聚合電解質(zhì)聚合物，其為來(lái)自使用亞硫酸鹽制漿法制備木漿的副產(chǎn)物?？捎糜趯?shí)施本公開(kāi)的原理的木質(zhì)素的一個(gè)例子為可得自康涅狄格州格林威治的蘆葦木質(zhì)素公司(ReedLignin Inc., Greenwich, Connecticut)的 Marasperse C-21。
`[0134]高效受熱器添加劑(“HEHS添加劑”)-在根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板以及制備這種面板的方法的一些實(shí)施例中，面板芯可包含在本文稱為高效受熱器添加劑(“HEHS添加劑”)的一種或多種添加劑。這種添加劑在導(dǎo)致面板芯的石膏二水合物組分脫水以及水蒸汽從其釋放的溫度范圍內(nèi)具有超過(guò)可相比的量的石膏二水合物的受熱器能力的受熱器能力。這種添加劑通常選自在與石膏二水合物相同或類似的溫度范圍內(nèi)分解、釋放水蒸汽的組成，如氫氧化鋁或其他金屬氫氧化物。盡管可使用相對(duì)于可相比的量的石膏二水合物具有增加的受熱器效率的其他HEHS添加劑(或HEHS添加劑的組合)，但優(yōu)選的HEHS添加劑提供相對(duì)于石膏二水合物足夠增加的受熱器效率，以在HEHS添加劑用于旨在用于耐火或其他高溫應(yīng)用中的石膏面板中時(shí)彌補(bǔ)HEHS添加劑的重量的任何增加或其他不利性質(zhì)。
[0135]例如，在優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)一種或多種HEHS添加劑暴露于顯著的溫度增加時(shí)，其發(fā)生吸熱反應(yīng)以吸收熱量。在一些這種實(shí)施例中，每單位質(zhì)量的HEHS添加劑的分解(其可為脫水反應(yīng))熱消耗至少約685焦耳/克，在其他實(shí)施例中至少約1000焦耳/克，在其他實(shí)施例中消耗約1100至約1400焦耳/克。在這種實(shí)施例中，HEHS添加劑可在相關(guān)溫度范圍內(nèi)具有顯著高于石膏面板中的石膏二水合物的每單位質(zhì)量的分解熱。因此，在加熱過(guò)程中HEHS添加劑消耗比石膏二水合物的脫水所消耗的能量更多的能量(焦耳/克)。
[0136]在一些實(shí)施例中，HEHS添加劑的最低分解溫度為約40°C或更高。在其他實(shí)施例中，HEHS添加劑的分解溫度為約40°C至約1000°C，在其他實(shí)施例中約150°C至約450°C，在其他實(shí)施例中約150°C至約300°C。在另一實(shí)施例中，HEHS添加劑在約150°C開(kāi)始吸熱熱分解，并在約980°C的溫度(其為在上述耐火測(cè)試中所用的上述ASTM-El 19溫度曲線中的典型的I小時(shí)端點(diǎn)溫度)下基本上或完全分解。
[0137]如上所述，一個(gè)優(yōu)選的HEHS添加劑包括含有結(jié)晶水或者鍵合水或絡(luò)合水的氫氧化鋁(ATH)。ATH通常在室溫下極穩(wěn)定。在約180°C至205°C之間的溫度以上，ATH通常發(fā)生釋放水蒸汽的吸熱分解。這種ATH添加劑的分解熱大于約1000焦耳/克，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中為約1170焦耳/克。不希望受限于理論，但據(jù)信當(dāng)加熱至205°C以上時(shí)，ATH添加劑如下分解而以水蒸汽釋放結(jié)晶水的大約35%:AL(0H)3 — A1203-3H20。在使用ATH作為HEHS添加劑的實(shí)施例中，可使用任何合適的ATH。在實(shí)施例中，可使用來(lái)自商業(yè)供應(yīng)商(如俄亥俄州亞克朗的亞克朗化學(xué)公司(Akrochem Corp.0f Akron, OH))的ATH。可使用任何合適等級(jí)的ATH。一個(gè)例子為N0.SB-36級(jí)ATH。N0.SB-36級(jí)ATH可具有約25微米的中值粒徑和約lm2/g的表面積。在其他實(shí)施例中，可使用具有任何合適的中值粒徑和表面積的其他合適等級(jí)的ATH。
[0138]在其他實(shí)施例中，HEHS添加劑可包括氫氧化鎂。在這些實(shí)施例中，氫氧化鎂HEHS添加劑在180°C至205°C下或在180°C至205°C以上優(yōu)選具有大于約1000焦耳/克，如約1350焦耳/克的分解熱。在這種實(shí)施例中,可使用任何合適的氫氧化鎂,如可購(gòu)自商業(yè)供應(yīng)商(包括俄亥俄州亞克朗的亞克朗化學(xué)公司(Akrochem Corp.0f Akron,OH))的氫氧化鎂。
[0139]優(yōu)選的HEHS添加劑的增加的受熱器能力可用于相對(duì)于在無(wú)HEHS添加劑的情況下形成的面板增加本文公開(kāi)的石膏面板的隔熱性質(zhì)。摻入本文公開(kāi)的石膏面板中的HEHS添加劑的量和組成可取決于如下而變化:面板的所需重量和密度、用于形成面板的灰泥的純度、面板芯配方、其他添加劑的存在和其他類似的考慮。摻入優(yōu)選的HEHS添加劑的石膏面板的優(yōu)選芯配方的例子總結(jié)于圖19中的表1中。HEHS添加劑可以以干燥形式和/或液體形式與通常添加至芯漿料混合器中的干燥成分和添加至混合器的液體成分一起添加，或者在其他階段或工序中添加。
[0140]在一個(gè)這種優(yōu)選實(shí)施例中，在一些實(shí)施例中面板芯摻入灰泥的約2重量％至約5重量％的量，在其他實(shí)施例中摻入灰泥的約2重量％至約7重量％的量，在其他優(yōu)選實(shí)施例中摻入灰泥的至多約10重量％的量的HEHS添加劑(如氫氧化鋁)。在這種優(yōu)選實(shí)施例中的一些中，將HEHS添加劑摻入芯配方中允許降低配方的灰泥含量，以降低面板芯的重量和密度。在使用HEHS添加劑的一個(gè)實(shí)例中，HEHS添加劑與去除的灰泥的比例以重量計(jì)為約I至約2。在一個(gè)這種實(shí)例中，換言之，可將約40-501bs/msf的HEHS添加劑摻入芯配方中，并可從配方中去除約80-1001bs/msf的灰泥。因此，在該實(shí)例中可獲得約40-501bs/msf的重量減輕，而無(wú)面板的隔熱性質(zhì)的顯著改變。
[0141]HEHS添加劑與從芯配方中去除的灰泥的比例可取決于如下而變化:所用的HEHS添加劑、HEHS添加劑的受熱器性質(zhì)、特定灰泥的受熱器性質(zhì)、石膏芯的配方、面板的所需隔熱性質(zhì)、面板的所需重量降低和物理性質(zhì)以及相關(guān)考慮。在使用氫氧化鋁的一些優(yōu)選實(shí)施例中，HEHS添加劑與去除的灰泥的比例可為約2: 1，在其他實(shí)施例中為約3: 1，在其他實(shí)施例中為約4: I。對(duì)于不同的HEHS添加劑組成和應(yīng)用，HEHS添加劑與去除的灰泥的比例可不同。[0142]阻滯劑/促進(jìn)劑-可將緩凝劑(在5/8英寸厚的面板中至多約21b/MSF(大約9.8g/m2))或干燥促進(jìn)劑(在5/8英寸厚的面板中至多約351b/MSF(大約170g/m2))添加至芯漿料的一些實(shí)施例中，以改變灰泥水合反應(yīng)進(jìn)行的速率。“CSA”為包含與約5%糖類共研磨的約95%硫酸鈣二水合物，并加熱至250° F(1-21°C )以使糖類變焦的促凝劑。CSA可得自俄克拉荷馬州索瑟德的USG公司(USG Corporation, Southard, Oklahoma)工廠，并可根據(jù)美國(guó)專利N0.3，573，947制得，所述專利以引用方式并入本文。硫酸鉀為優(yōu)選的促進(jìn)劑的另一例子。作為另一示例性的優(yōu)選促進(jìn)劑的“HRA”為以約5至約25磅糖類/100磅硫酸鈣二水合物的比例與糖類新鮮研磨的硫酸鈣二水合物。HRA進(jìn)一步描述于美國(guó)專利N0.2，078，199中，所述專利以引用方式并入本文。
[0143]稱為濕石膏促進(jìn)劑或“WGA”的另一促進(jìn)劑也為優(yōu)選的促進(jìn)劑。濕石膏促進(jìn)劑的用途和制備濕石膏促進(jìn)劑的方法的描述公開(kāi)于美國(guó)專利N0.6，409，825中，所述專利以引用方式并入本文。該促進(jìn)劑包括選自如下的至少一種添加劑:有機(jī)膦化合物、含磷酸鹽的化合物或它們的混合物。該特定促進(jìn)劑顯示出顯著的壽命，并隨時(shí)間保持器效力，從而可在使用之前制備、儲(chǔ)存和甚至在長(zhǎng)距離內(nèi)運(yùn)輸濕石膏促進(jìn)劑。濕石膏促進(jìn)劑可以以約5至約80磅/1000平方英尺(大約24.3至390g/m2)的5/8英寸厚的墻板產(chǎn)品的量使用。
[0144]泡沫-泡沫可以以提供上述降低的芯密度和面板重量的量引入芯漿料中。將泡沫以適當(dāng)?shù)牧?、配方和方法引入芯漿料中可在最終經(jīng)干燥的面板的芯內(nèi)產(chǎn)生所需的網(wǎng)絡(luò)以及氣穴的分布和氣穴之間的壁的分布。在一些實(shí)施例中，由泡沫組合物和泡沫引入系統(tǒng)所提供的氣穴尺寸、分布和/或氣穴之間的壁厚根據(jù)如下討論的那些以及為面板提供可相比的密度、強(qiáng)度和相關(guān)性質(zhì)的那些。該氣穴結(jié)構(gòu)允許石膏和其他芯成分以及芯密度和重量的降低，并同時(shí)基本上保持(或在一些情況中改進(jìn))面板強(qiáng)度性質(zhì)，如芯壓縮強(qiáng)度，和面板剛性、撓曲強(qiáng)度、拔釘阻力等。
[0145]在一些實(shí)施例中，在約5/8英寸的標(biāo)稱面板厚度下，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的石膏面板及其制備方法提供了根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)C473-09測(cè)定的拔釘阻力為至少約701b的面板。在其他實(shí)施例中，面板可具有至少約851b的根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)C473-09測(cè)定的拔釘阻力。
[0146]在一些這種實(shí)施例中，氣`穴的平均等球粒直徑可為至少約75 μ m，在其他實(shí)施例中為至少約ΙΟΟμπι。在其他實(shí)施例中，氣穴的平均等球粒直徑可為約75 μ m至約400 μ m。在其他實(shí)施例中，氣穴的平均等球粒直徑可為約100 μ m至約350 μ m，標(biāo)準(zhǔn)偏差為約100至約225。在其他實(shí)施例中，氣穴的平均等球粒直徑可為約125 μ m至約325 μ m，標(biāo)準(zhǔn)偏差為約100 至約 200。
[0147]在一些實(shí)施例中，氣穴的約15%至約70%具有約150 μ m或更小的等球粒直徑。在其他實(shí)施例中，氣穴的約45%至約95%具有約300 μ m或更小的等球粒直徑，且氣穴的約5%至約55%具有約300 μ m或更大的等球粒直徑。在其他實(shí)施例中，氣穴的約45%至約95%具有約300 μ m或更小的等球粒直徑，且氣穴的約5%至約55%具有約300 μ m至約600 μ m的等球粒直徑。在本文的平均氣穴尺寸的討論中，當(dāng)計(jì)算氣穴數(shù)目或平均氣穴尺寸時(shí)，未考慮石膏芯中的約5μπ?或更小的氣穴。
[0148]在那些和其他實(shí)施例中，在這種實(shí)施例中單獨(dú)的和/或與所需氣穴尺寸分布和排列組合的氣穴之間的壁的厚度、分布和排列也允許降低面板芯密度和重量，同時(shí)基本上保持(或在一些情況下改進(jìn))面板強(qiáng)度性質(zhì)。在一些這種實(shí)施例中，分隔氣穴的壁的平均厚度可為至少約25 μ m。在一些實(shí)施例中，限定和分隔石膏芯內(nèi)的氣穴的壁可具有約25 μ m至約200 μ m,在其他實(shí)施例中約25 μ m至約75 μ m,在其他實(shí)施例中約25 μ m至約50 μ m的平均厚度。在其他實(shí)施例中，限定和分隔石膏芯內(nèi)的氣穴的壁可具有約25 μ m至約75 μ m的平均厚度，標(biāo)準(zhǔn)偏差為約5至約40。在其他實(shí)施例中，限定和分隔石膏芯內(nèi)的氣穴的壁可具有約25 μ m至約50 μ m的平均厚度，標(biāo)準(zhǔn)偏差為約10至約25。
[0149]不希望受限于理論，但據(jù)信具有上述氣穴尺寸分布和排列以及壁厚和分布的實(shí)施例在與本文公開(kāi)的高膨脹蛭石一起使用時(shí)有助于改進(jìn)面板的高溫性質(zhì)。據(jù)信當(dāng)高膨脹蛭石在高溫條件下膨脹時(shí)，泡沫空穴和壁厚有助于降低或顯著抵抗石膏芯結(jié)構(gòu)中大量缺陷的產(chǎn)生。 [0150]使用發(fā)泡劑以產(chǎn)生所需的空穴和壁結(jié)構(gòu)的例子包括在美國(guó)專利N0.5，643，510中所述的那些，所述專利的公開(kāi)內(nèi)容以引用方式并入本文。在一些實(shí)施例中，第一更穩(wěn)定的發(fā)泡劑和第二穩(wěn)定性較低的發(fā)泡劑的組合可在芯漿料混合物中使用。在其他實(shí)施例中，使用僅一類發(fā)泡劑，只要滿足所需的密度和面板強(qiáng)度要求。將泡沫添加至芯漿料的方法是本領(lǐng)域已知的，這種方法的例子在美國(guó)專利N0.5，643，510和N0.5，683，635中討論，所述專利的公開(kāi)內(nèi)容以引用方式并入本文。
[0151]覆蓋片材-在根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的面板的一些實(shí)施例中，第一覆蓋片材包括低孔隙率的馬尼拉紙，石膏漿料在所述馬尼拉紙上分配(當(dāng)用于建造應(yīng)用中時(shí)，其通常為面板的暴露面)。報(bào)紙(Newsline paper)可在成型過(guò)程中用作置于石膏芯衆(zhòng)料上的第二覆蓋片材(當(dāng)用于建造應(yīng)用時(shí)，其通常為面板的隱藏背面)。在其他應(yīng)用中，非織造玻璃纖維墊、其他纖維或非纖維材料的片材，或紙和其他纖維材料的組合可用作覆蓋片材中的一者或兩者。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，在其他實(shí)施例中，可使用適用于面板的預(yù)期目的的其他覆蓋片材。
[0152]在使用紙或類似覆蓋片材的實(shí)施例中，相比于第二覆蓋片材，第一覆蓋片材可具有更高的密度和基重。例如，在一些實(shí)施例中，第一覆蓋片材可具有約55至約651b/msf的基重，且第二覆蓋片材可具有約35至約451b/msf的基重。在其他實(shí)施例中，可使用具有不同重量并包括例如不同材料的不同類型的紙覆蓋片材。類似地，在一些實(shí)施例中，覆蓋片材可摻入，或在它們的暴露表面添加材料涂層，從而提供適于特定建造應(yīng)用(如外殼、屋頂、瓷磚背襯等)的表面。
[0153]硅氧烷-在一些實(shí)施例中，根據(jù)本公開(kāi)的原理形成的石膏面板的耐水性可通過(guò)將可聚合硅氧烷添加至用于制備面板的漿料而得以改進(jìn)。優(yōu)選地，硅氧烷以乳狀液的形式添加。然后在促進(jìn)硅氧烷的聚合以形成高度交聯(lián)的硅樹(shù)脂的條件下將漿料成形和干燥?？蓪⒋龠M(jìn)硅氧烷的聚合以形成高度交聯(lián)的硅樹(shù)脂的催化劑添加至石膏漿料。
[0154]優(yōu)選地，硅氧烷通常為流體線性氫改性的硅氧烷，但也可為環(huán)狀氫改性的硅氧烷。這種硅氧烷能夠形成高度交聯(lián)的硅樹(shù)脂。這種流體是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，并且可購(gòu)得且描述于專利文獻(xiàn)中。通常，可用于實(shí)施本公開(kāi)的原理的線性氫改性的硅氧烷包括具有如下通式的重復(fù)單元的那些:
[0155]
【權(quán)利要求】
1.一種耐火石膏面板，其包括設(shè)置于兩個(gè)覆蓋片材之間的凝固石膏芯，所述凝固石膏芯具有約40磅/立方英尺(約640kg/m3)或更小的密度(D)，并包含凝固石膏的結(jié)晶基質(zhì)和高膨脹粒子，所述高膨脹粒子可在約1560° F(約850°C )下加熱約I小時(shí)之后膨脹至其初始體積的約300%或更大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐火石膏面板，其中高膨脹粒子以一定量提供，并分布于凝固石膏的結(jié)晶基質(zhì)內(nèi)，使得面板具有約20分鐘或更大的隔熱指數(shù)(TI)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的耐火石膏面板，其中所述高膨脹粒子以一定量提供，并分布于凝固石膏的結(jié)晶基質(zhì)內(nèi)，使得面板具有約10%或更低的高溫收縮率(S)和約0.2或更高的高溫厚度膨脹與高溫收縮率之比(TE/S)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的耐火石膏面板，其中所述面板具有5/8英寸(約1.6cm)的標(biāo)稱面板厚度，所述高膨脹粒子在加熱時(shí)具有第一非膨脹相和第二膨脹相，且所述面板有效抑制熱傳遞通過(guò)根據(jù)UL U419的工序制得并加熱的所述面板的組件，其中根據(jù)UL U419，所述組件的一側(cè)上的面板的表面暴露于熱源，且所述組件的相對(duì)的未受熱側(cè)上的面板的表面設(shè)置有多個(gè)溫度傳感器，使得當(dāng)根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)E119-09a的時(shí)間-溫度曲線加熱組件時(shí)，在約60分鐘之后所述組件的未受熱側(cè)上的溫度傳感器的最大單個(gè)值小于約 500° F(約 260°C)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的耐火石膏面板，其中所述石膏芯有效提供TI/D比為約0.6分鐘/磅/立方英尺(約0.038分鐘/ (kg/m3))或更大的面板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的耐火石膏面板，其中所述凝固石膏芯具有至少約11磅(約5kg)的芯硬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的耐火石膏面板，其中當(dāng)所述面板在約1800° F(約980°C )下加熱I小時(shí)時(shí)，其顯示出約75%或更大的平均耐收縮性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一`項(xiàng)所述的耐火石膏面板，其中所述石膏芯由包含水、灰泥、高膨脹粒子和高效受熱器添加劑的漿料形成，所述高效受熱器添加劑的量有效提供比由不含高效受熱器添加劑的漿料形成的石膏芯更大的隔熱指數(shù)(TI)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的耐火石膏面板，其中凝固石膏的結(jié)晶基質(zhì)包含(a)限定氣穴的壁，所述氣穴具有約100 μ m或更大的平均等球粒直徑，或(b)限定和分隔石膏芯內(nèi)的氣穴的壁，所述壁具有約25 μ m或更大的平均厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的耐火石膏面板，其中凝固石膏的結(jié)晶基質(zhì)包括限定氣穴的壁，所述氣穴具有約100 μ m至約350 μ m的平均等球粒直徑，且標(biāo)準(zhǔn)偏差為約100 至約 225。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的耐火石膏面板，其中所述壁具有約25μ m至約75 μ m的平均厚度，且標(biāo)準(zhǔn)偏差為約5至約40。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的耐火石膏面板，其中所述高膨脹粒子包括非膨脹蛭石粒子。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的耐火石膏面板，其中所述石膏芯由包含水、灰泥、以灰泥重量計(jì)至多約10重量％的量的蛭石粒子，以及礦物纖維、玻璃纖維或碳纖維或它們的組合的漿料形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的耐火石膏面板，其中所述漿料還包含以灰泥重量計(jì)約0.3重量％至約3.0重量％的量的淀粉和以灰泥重量計(jì)約0.1重量％至約1.0重量％的量的分散劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的耐火石膏面板，其中所述漿料還包含以灰泥重量計(jì)約0.03重量％至約0.4重量％的量的含磷酸鹽的組分。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的耐火石膏面板，其中所述面板至少滿足ULU305或U419的I小時(shí)耐火面板標(biāo)準(zhǔn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的耐火石膏面板，其中在約5/8英寸(約1.6cm)的標(biāo)稱面板厚度下，所述面板具有至少約701b (約32kg)的拔釘阻力，所述拔釘阻力根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)C473-09測(cè)定。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的耐火石膏面板，其中所述面板有效抑制熱傳遞通過(guò)組件，使得 (a)根據(jù)ULU419測(cè)得的組件的未受熱側(cè)上的溫度傳感器的平均值 ⑴在約60分鐘加熱之后小于約380。F (約1950C )，或 (ii)在約55分鐘加熱之后小于約320。F(約160°C )； (b)根據(jù)ULU419測(cè)得的組件的未受熱側(cè)上的溫度傳感器的最大單個(gè)值 ⑴在約60分鐘加熱之后小于約500° F(約260°C )，或 (?)在約55分鐘加熱之后小于約410。F(約210。。);或 (c)在約50分鐘加熱之后，根據(jù)ULU419測(cè)得的組件的未受熱側(cè)上的溫度傳感器的最大單個(gè)值小于約260° F (約125°C)，且根據(jù)UL U419測(cè)得的組件的未受熱表面上的溫度傳感器的平均值小于約250° F(約120°C ); 每次加熱均根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)E119-09a的時(shí)間-溫度曲線。
19.一種用于制備耐火石膏面板的方法，所述方法包括: (A)制備具有分散于其中的高膨脹粒子的石膏漿料； (B)將所述石膏漿料設(shè)置于第一覆蓋片材與第二覆蓋片材之間，以形成組件； (C)將所述組件切割成預(yù)定尺寸的面板；以及 (D)干燥所述面板； 使得凝固石膏芯具有約40磅/立方英尺(約640kg/m3)或更小的密度(D)，并包含凝固石膏的結(jié)晶基質(zhì)和高膨脹粒子，所述高膨脹粒子可在約1560° F(約850°C )下加熱約I小時(shí)之后膨脹至其初始體積的約300%或更大。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中高膨脹粒子以一定量提供，并分布于凝固石膏的結(jié)晶基質(zhì)內(nèi)，使得面板具有約20分鐘或更大的隔熱指數(shù)(TI)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或權(quán)利要求20所述的方法，其中所述高膨脹粒子以一定量提供，并分布于凝固石膏的結(jié)晶基質(zhì)內(nèi)，使得面板具有約10%或更低的高溫收縮率(S)和約0.2或更高的高溫厚度膨脹與高溫收縮率之比(TE/S)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19至21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述面板具有5/8英寸(約.1.6cm)的標(biāo)稱面板厚度，所述高膨脹粒子在加熱時(shí)具有第一非膨脹相和第二膨脹相，且所述面板有效抑制熱傳遞通過(guò)根據(jù)UL U419的工序制得并加熱的所述面板的組件，其中根據(jù)UL U419，所述組件的一側(cè)上的面板的表面暴露于熱源，且所述組件的相對(duì)的未受熱側(cè)上的面板的表面設(shè)置有多個(gè)溫度傳感器，使得當(dāng)根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)E119-09a的時(shí)間-溫度曲線加熱組件時(shí)，在約60分鐘之后所述組件的未受熱側(cè)上的溫度傳感器的最大單個(gè)值小于約500。F(約 260°C)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述凝固石膏芯具有至少約11磅(約5kg)的芯硬度。
24.根據(jù)權(quán)利要求19至23中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述漿料還包含水、灰泥、高膨脹粒子和高效受熱器添加劑，所述高效受熱器添加劑的量有效提供具有比由不含高效受熱器添加劑的漿料形成的凝固石膏芯更大的隔熱指數(shù)(TI)的凝固石膏芯。
25.根據(jù)權(quán)利要求19至24中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述高膨脹粒子包括非膨脹蛭石粒子。
26.根據(jù)權(quán)利要求19至25中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述面板有效抑制熱傳遞通過(guò)組件，使得 (a)根據(jù)ULU419測(cè)得的組件的未受熱側(cè)上的溫度傳感器的平均值 ⑴在約60分鐘加熱之后小于約380。F (約1950C )，或 (ii)在約55分鐘加熱之后小于約320。F(約160°C )； (b)根據(jù)ULU419測(cè)得的組件的未受熱側(cè)上的溫度傳感器的最大單個(gè)值在約55分鐘加熱之后小于約410° F(約210°C);或 (c)在約50分鐘加熱之后，根據(jù)ULU419測(cè)得的組件的未受熱側(cè)上的溫度傳感器的最大單個(gè)值小于約260° F (約125°C)，且根據(jù)UL U419測(cè)得的組件的未受熱表面上的溫度傳感器的平均值小于約250° F(約120°C )； 每次加熱均根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)E119-09a的時(shí)間-溫度曲線。
27.一種根據(jù)權(quán)利要求19至26中任一項(xiàng)制得的耐火石膏面板。
【文檔編號(hào)】C04B20/06GK103562153SQ201280014719
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月25日
【發(fā)明者】余強(qiáng), W·欒, W·D·宋, S·維拉瑪斯納尼, A·李 申請(qǐng)人:美國(guó)石膏公司