專(zhuān)利名稱(chēng)：膨脹珍珠巖退火工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對(duì)一種減少膨脹珍珠巖的水需求的方法。更具體地，它涉及在 一定條件下退火膨脹珍珠巖以減少其水?dāng)z取，降低墻板、天花板、水泥板等
的重量。幾種優(yōu)選的填料，例如珍珠巖和蛭石，當(dāng)加熱至700。F-2000。F之 間時(shí)膨脹，產(chǎn)生一種重量非常輕的輕蓬松物質(zhì)。
背景技術(shù)：
輕質(zhì)填料通常在建筑材料中使用以降低產(chǎn)品重量。珍珠巖是平均密度約 75 lbs/ft3的非晶體鋁硅酸鹽。它含有少量的水。當(dāng)珍珠巖被迅速加熱時(shí)，水 轉(zhuǎn)化為蒸汽并且由此產(chǎn)生的膨脹使珍珠巖像爆米花一樣"砰地爆裂"以產(chǎn)生一 種密度為未膨脹物質(zhì)的約十分之一的輕質(zhì)材料。膨脹之后，表面為包含大量 裂縫和縫隙的大表面面積。
當(dāng)膨脹珍珠巖加入到煅燒石膏漿體或其它建筑材料中時(shí)，膨脹珍珠巖的 這種性質(zhì)變得很重要。需要大量的水來(lái)潤(rùn)濕表面，因?yàn)樵摫砻婷娣e大。由于 毛細(xì)管作用，水還被保持在裂縫和縫隙中。雖然膨脹珍珠巖的高水需求可以 通過(guò)添加額外水或化學(xué)分散劑來(lái)克服，但這些解決方法沒(méi)有一種是完全令人
滿(mǎn)意的o
膨脹珍珠巖在許多石膏應(yīng)用中是有用的，包括吸聲磚和石膏板。石膏 板，包括墻板，是通過(guò)制備石膏、添加劑、包括填料、和水的漿體而制成。
吸聲磚(又稱(chēng)為吸聲板)、天花磚或天花板在建筑行業(yè)中是眾所周知 的，用于提供一種快速安裝、價(jià)廉且重量輕的天花板。該磚是由填料和粘結(jié) 劑的漿體，最常見(jiàn)地通過(guò)鑄造工藝或制氈工藝制備而成。
在這種漿體的水制氈中，填料、粘合劑和其它成分的分散體在移動(dòng)、多
孔的支撐物例如Fourdrinier或Oliver墊成型機(jī)上流動(dòng)以便脫水。該分散體首 先通過(guò)重力然后真空吸引手段來(lái)脫水。濕基墊(basemat)在加熱的對(duì)流干燥箱中干燥，然后干燥的材料被切成所需要的尺寸并可選地涂覆頂部，例如用 油漆，以生產(chǎn)吸聲磚或板。
吸聲板還可以通過(guò)例如美國(guó)專(zhuān)利No. 1,769,519中所述的濕紙漿模塑或鑄 造工藝制成。含有纖維、填料、著色劑和粘合劑的成型組合物被制備用于塑 造或鑄造磚體。這種混合物被置于用紙或金屬箔覆蓋的合適的托盤(pán)上，然后 該組合物被刮平棒或輥?zhàn)庸沃了枰暮穸?。然后將充滿(mǎn)紙漿的托盤(pán)置于烘 箱內(nèi)以干燥或硬化該組合物。干燥層從托盤(pán)中被移除并可以在一個(gè)或兩個(gè)面 上處理以提供光滑表面，以獲得所需要的厚度并防止彎曲。然后將該薄層切 割成所需尺寸的磚。
非常多孔的填料優(yōu)選用于制造吸聲板，因?yàn)樗鼈兲峁┝己玫奈曅阅堋?終產(chǎn)品還應(yīng)該是輕質(zhì)的，以便降低用于保持吸聲板就位的懸置系統(tǒng)的壓力。 膨脹珍珠巖是優(yōu)選的填充材料，因?yàn)樗峁└叨嗫仔院洼p重量。
膨脹珍珠巖的高多孔性導(dǎo)致水的吸收通過(guò)毛細(xì)管作用進(jìn)入孔隙。研究已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)吸聲天花磚分散劑中的水實(shí)質(zhì)上是以?xún)煞N模式存在。自由水被定義為 可以被機(jī)械地從裝備中除去的水，包括通過(guò)線(xiàn)的排水(有或沒(méi)有真空)，和 通過(guò)工藝的壓榨部分的排水。結(jié)合水被定義為通過(guò)氫鍵結(jié)合或毛細(xì)管作用， 結(jié)合在纖維素纖維或固體部分的其它組分上的水，且不能被機(jī)械地，例如通 過(guò)吸引或壓迫除去。這種結(jié)合水可通過(guò)加熱基墊以增大水分壓，從該基墊中 除去。然而，加熱基墊和孔隙中保持的全部水是相對(duì)昂貴的，尤其當(dāng)考慮化 石燃料的高價(jià)格時(shí)。保水值(WRV)被定義為結(jié)合水重量占樣品干重量的比 例。
有機(jī)硅化合物的用途是已知的用于處理膨脹珍珠巖以減少基墊中存在的 結(jié)合水的量。在此被納入作為參考的美國(guó)專(zhuān)利No. 5，964，934描述了一種吸聲 板，其使用了有機(jī)硅聚合物、硅氧烷、反應(yīng)性硅垸單體和其它硅化合物處理 過(guò)的膨脹珍珠巖以減少結(jié)合水。然而，利用有機(jī)硅化合物存在幾個(gè)缺點(diǎn)。有 機(jī)硅聚合物是昂貴的。它們花費(fèi)幾乎是其它聚合物四倍的費(fèi)用。還存在與有 機(jī)硅聚合物使用相關(guān)的危險(xiǎn)。此外，對(duì)板的物理性質(zhì)有不利影響。
過(guò)量水易于添加到漿體中以使膨脹珍珠巖更易流動(dòng)。石膏漿優(yōu)選地包含 煅燒石膏、填料、和剛好足夠的水以形成流動(dòng)漿。有利的是使用盡可能最少量的水。石膏板成型之后，它被送往干燥爐以便干燥。過(guò)量水導(dǎo)致干燥延長(zhǎng) 且能量費(fèi)用相應(yīng)增加。
化學(xué)分散劑的使用是不必添加過(guò)量水而改善漿體流動(dòng)性的另一種方式。 本領(lǐng)域已知的很多分散劑，包括萘磺酸鹽、三聚氰胺型分散劑和聚羧酸類(lèi)。 分散劑在減水方面非常有效，但它們也引入了一些問(wèn)題。很多分散劑嚴(yán)重地 延遲水硬性材料的凝固。其它能引起固體組分的過(guò)量流失或分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明滿(mǎn)足并超越了這些以及其它方面，其涉及一種處理膨脹珍珠巖以 減少珍珠巖的水保持和水需求的方法。更具體地，本發(fā)明是針對(duì)一種減少膨 脹珍珠巖的水需求的方法，其包括獲得一以一定角度被支撐的振動(dòng)篩，和將 膨脹珍珠巖置于該振動(dòng)篩上。膨脹珍珠巖以一定速率在篩上向燃燒器移動(dòng)， 該燃燒器加熱膨脹珍珠巖到達(dá)足以將其退火的溫度。然后，該膨脹珍珠巖離 開(kāi)燃燒器并使其冷卻。
本發(fā)明的另一種實(shí)施方式是針對(duì)一種制造石膏產(chǎn)品的方法。該方法包括 通過(guò)權(quán)利要求1的方法來(lái)退火珍珠巖，然后制備半水合硫酸鈣、添加劑、水 和退火珍珠巖的漿體。將該漿體形成石膏產(chǎn)品的形狀并使其冷卻。該工藝在 制備獲益于輕質(zhì)材料使用的石膏板和吸聲板方面尤其有用。
在制造含石膏漿時(shí)，本發(fā)明的退火膨脹珍珠巖具有的優(yōu)點(diǎn)是需要的水比 未處理的膨脹珍珠巖少。工藝設(shè)備的尺寸，包括容器、泵和傳輸設(shè)備可以減 小，因?yàn)闈{體的體積少。
此外，石膏產(chǎn)品，包括墻板和吸聲磚，可用較小量的化學(xué)分散劑制造。 一些分散劑對(duì)石膏產(chǎn)品的不良影響是眾所周知的。值得注意地，石膏墻板可 在高速線(xiàn)上制成而沒(méi)有明顯的凝固延緩。在刀子上沒(méi)有充分凝固的石膏漿具 有生產(chǎn)板的潛力，該板太軟而無(wú)法轉(zhuǎn)移到單獨(dú)線(xiàn)以送往干燥爐干燥。
通過(guò)減少?gòu)母稍餇t排除的水量也實(shí)現(xiàn)了成本節(jié)約。石膏產(chǎn)品中較少水的 存在允許較小的水移除能力，從而減少每單位產(chǎn)品的處理時(shí)間并增加干燥爐 的生產(chǎn)量。這包括干燥爐中用于干燥的更短時(shí)間和/或可利用的更小容量的吸 入系統(tǒng)。干燥時(shí)間量的減少也減少了需要干燥該產(chǎn)品的能源量并由此產(chǎn)生成 本節(jié)約。處理時(shí)間的總體減少還能用于增加總體的生產(chǎn)能力。如果產(chǎn)品是鑄造的，能產(chǎn)生較強(qiáng)的產(chǎn)品。在所有的水被產(chǎn)品吸收的情況 下，當(dāng)石膏晶體的基質(zhì)是在較大體積上形成，則產(chǎn)生較弱的產(chǎn)品。
附圖
詳細(xì)說(shuō)明
圖l是用于退火膨脹珍珠巖的裝置的一種實(shí)施方式的透視圖；和 圖2是制備石膏產(chǎn)品的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
本方法減少膨脹珍珠巖的水需求，使得不管分散劑還是過(guò)量水都不必添 加到產(chǎn)品漿體中。起始材料膨脹珍珠巖可制備或者商業(yè)購(gòu)買(mǎi)。珍珠巖的一個(gè) 商業(yè)來(lái)源是Silbrico公司(伊利諾斯州，霍治金斯)。
珍珠巖通常包括加熱時(shí)具有膨脹能力的任意玻璃巖，與黑曜石類(lèi)似，尤 其包括流紋巖成分的火山玻璃。珍珠巖通常含有65-75%的硅土、 10-20%的氧 化鋁、2-5%的水和較少量的蘇打、苛性鉀和石灰。當(dāng)加熱至其軟化點(diǎn)時(shí)，珍 珠巖中的水，己經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，迅速擴(kuò)張，導(dǎo)致巖石像爆米花一樣膨脹。珍 珠巖的體積被增大約10倍，形成平均密度為約3 1b/ft、81b/fP的輕的、蓬松
的顆粒。
在制備膨脹珍珠巖的傳統(tǒng)方法中，珍珠巖礦石首先被研磨成細(xì)小尺寸。 珍珠巖是通過(guò)將細(xì)小的研磨珍珠巖礦石引入加熱的空氣中而膨脹。典型地， 珍珠巖膨脹裝置將空氣加熱至約1750°F (950°C)。珍珠巖穿過(guò)加熱的空氣 降落直到它變熱足以膨脹。由于密度的變化，膨脹珍珠巖夾帶在加熱的空氣 中，該加熱的空氣弄熱它并攜帶它上升，在上升處它被過(guò)濾器、細(xì)篩或其它 粉塵收集系統(tǒng)收集。膨脹后，珍珠巖具有大的表面面積，其包括能保持大量 結(jié)合水的大量裂縫、縫隙和空穴。
參考如l，膨脹珍珠巖一般為IO，被置于振動(dòng)篩12，例如振動(dòng)式給料器 上，以便退火?？蚣?4支撐該振動(dòng)篩12。兩者均具有一定尺寸以適應(yīng)待處 理的膨脹珍珠巖10需要的體積。優(yōu)選地，框架14和篩12兩者均由金屬或能 耐受所用高溫的任何材料制成。優(yōu)選的金屬包括不銹鋼、碳鋼等。篩12開(kāi)口 (未顯示出)足夠小以保持住珍珠巖IO，但足夠大以允許空氣通過(guò)來(lái)液化膨 脹珍珠巖10。當(dāng)將膨脹珍珠巖置于篩12上時(shí)，優(yōu)選的是將它在篩上鋪展成珍珠巖的薄
層，以保證均勻加熱。優(yōu)選地，膨脹珍珠巖10是以厚度平均小于l/4英寸 (6mm)的層被放置在篩12上，甚至更優(yōu)選地為厚度小于1/8英寸(3mm) 的層。如果使用了珍珠巖10的厚層，該層最接近燃燒器16的部分將可能在 層的中間和頂部退火之前燒結(jié)。在這種情況下，該層的底部部分也可能粘住 篩12，像膠一樣粘在篩上并減少空氣從中流過(guò)。
任何已知的引起篩12振動(dòng)的方法均可在本方法中應(yīng)用。篩12的振動(dòng)優(yōu) 選地是通過(guò)定位以振動(dòng)該框架的偏置元件20和振動(dòng)器22引起。振動(dòng)器22和 偏置元件共同作用以引起篩12的振動(dòng)。偏置元件20是偏向初始位置。當(dāng)振 動(dòng)器22作用以推動(dòng)框架12離開(kāi)初始位置時(shí)，偏置元件20試著將篩拉回到初 始位置。當(dāng)振動(dòng)器22扭轉(zhuǎn)方向時(shí)，篩12由偏置元件20支配返回到初始位 置。這種運(yùn)動(dòng)以一定速率重復(fù)，引起篩12振動(dòng)。
優(yōu)選地，振動(dòng)器22為磁、電或空氣振動(dòng)。在優(yōu)選的振動(dòng)器中，偏心振動(dòng) 器或具有止轉(zhuǎn)棒軛連接的電動(dòng)機(jī)(未顯示出)被用于將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn) 換為振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。偏置元件20優(yōu)選地為一個(gè)或多個(gè)彈簧。當(dāng)振動(dòng)器22被定位 以在具有向上分量的方向上移動(dòng)篩時(shí)，重力也是一種合適的偏置元件。
通過(guò)重力沿篩移動(dòng)膨脹珍珠巖10,膨脹珍珠巖IO橫跨篩12的往返運(yùn)動(dòng) 被完成。篩12以一定角度傾斜以支持珍珠巖10穿過(guò)篩12。對(duì)于燃燒器16尺 寸和待處理的膨脹珍珠巖的量來(lái)說(shuō)，可選擇任意角度ot，其移動(dòng)膨脹珍珠巖 IO以所需要的速度跨過(guò)篩。從水平面起約30。-50。的角是優(yōu)選的。隨著振動(dòng) 器22以向上的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)篩，篩12上的膨脹珍珠巖IO是在同樣的方向上被運(yùn) 載。當(dāng)振動(dòng)器22方向逆轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)力繼續(xù)運(yùn)載膨脹珍珠巖10向上并離開(kāi)篩 12。當(dāng)膨脹珍珠巖10浮在空中時(shí)，重力拉它向下。因?yàn)楹Y12是傾斜的，珍 珠巖的動(dòng)力有一個(gè)垂直分量。重力在珍珠巖的動(dòng)力上起作用并隨著每次振動(dòng) 使其向下移動(dòng)到篩12上。
膨脹珍珠巖IO跨過(guò)篩12移動(dòng)的距離由篩的角度ot和振動(dòng)器22的拋擲長(zhǎng) 度決定。當(dāng)篩角度a和拋擲長(zhǎng)度增加時(shí)，珍珠巖10隨著每次振動(dòng)移動(dòng)更遠(yuǎn)下 降到篩12。這些因素和篩12和燃燒器的尺寸相協(xié)調(diào)以允許大體上所有的膨 脹珍珠巖10達(dá)到退火溫度。一個(gè)或多個(gè)燃燒器16安置在篩12下，使得膨脹珍珠巖10離開(kāi)或接近燃 燒器移動(dòng)，并被加熱到足夠的溫度以軟化珍珠巖IO表面以愈合很多表面裂縫 和縫隙。對(duì)很多珍珠巖10來(lái)說(shuō)，這將為約800。F- 1000。F。縫隙的密封減少 了被膨脹珍珠巖10保持的水量。這減少了制造流動(dòng)漿所需要的水量。它還最 大限度地減小了對(duì)能引起不良影響的化學(xué)分散劑的需求，例如延緩煅燒石膏 的凝固時(shí)間。最后，干燥產(chǎn)品的成本被降低，因?yàn)楫a(chǎn)品中保持較少的水。燃 燒器16的熱容量足以加熱所需量的膨脹珍珠巖IO至退火溫度。
當(dāng)它通過(guò)燃燒器16時(shí)，膨脹珍珠巖10被來(lái)自燃燒器16、穿過(guò)篩12的熱 空氣24的上升氣流抬起，并夾帶在其中?？諝?4足夠熱以加熱珍珠巖10的 量至退火溫度。然后當(dāng)膨脹珍珠巖10被向上運(yùn)載時(shí)，它隨著暖氣體24離開(kāi) 燃燒器16而慢慢冷卻。然后暖氣體24和膨脹珍珠巖IO被輸送給本領(lǐng)域已知 的適合收集細(xì)小顆粒26的系統(tǒng)。適合的收集系統(tǒng)26包括但不限于各種類(lèi)型 的過(guò)濾器，例如袋式過(guò)濾器和筒式過(guò)濾器，以及旋風(fēng)分離器。吸引 (Suction)可選擇地被采用以幫助輸送膨脹珍珠巖10進(jìn)入收集系統(tǒng)26。遮 蓋罩28是用于積聚退火珍珠巖10至進(jìn)入收集系統(tǒng)26的共同通道。當(dāng)使用吸 引和/或遮蓋罩28時(shí)，該構(gòu)造是為了防止在被加熱至合適的溫度之前膨脹珍 珠巖IO的夾帶。遮蓋罩出口 32優(yōu)選地是面向篩12的最低邊緣，使得珍珠巖 10在被夾帶在熱空氣24之前橫跨篩的大部分寬度。通過(guò)保證珍珠巖IO達(dá)到 退火溫度，這改善了退火工藝50 (圖2)的效力。
現(xiàn)參考圖2，本發(fā)明的膨脹珍珠巖在石膏產(chǎn)品中是有用的。通過(guò)結(jié)合膨 脹珍珠巖IO、水和半水合硫酸鈣制成漿體后，形成產(chǎn)品54并使其凝固56。
在第一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，石膏漿52是由半水合硫酸鈣、添加劑、水 和膨脹珍珠巖制成。任何半水合硫酸鈣，也稱(chēng)作灰泥或煅燒石膏，均可使 用，優(yōu)選地是以至少50%的量。優(yōu)選地，半水合硫酸鈣的量為至少75%，至 少80%或至少85%的灰泥。在很多墻板配方中，水硬性材料基本上全部是半 水合硫酸鈣。煅燒石膏的任何形式均可使用，包括但不限于a或卩灰泥。硫 酸鈣無(wú)水石膏、合成石膏或石膏粉的使用也應(yīng)想到，但優(yōu)選地是以小于20% 的量使用。其它水硬性材料，包括水泥和粉煤灰，可選地包含在該漿體中。 本實(shí)施方式中使用的膨脹珍珠巖的量為基于半水合硫酸鈣重量的約3%-20%。水是以制備流動(dòng)漿體的任意量添加到漿體中。用水量根據(jù)其與什么一起 使用、使用的具體分散劑、使用的灰泥和添加劑的性質(zhì)而變化很大。墻板的
水與灰泥的比率(WSR)優(yōu)選地為基于灰泥干重的約0.1-0.8。通常約0.2-0.6 的WSR是優(yōu)選的。地板組合物優(yōu)選地使用約0.17-0.45的WSR，更優(yōu)選地為 約0.17-0.34?？赡Ｋ芑蚩蓾茶T的產(chǎn)品優(yōu)選地是以0.1-0.3的WSR使用水，更 優(yōu)選地為約0.16-0.25。
用于制造漿體的水的純度應(yīng)能實(shí)用地對(duì)漿體和凝固石膏的性質(zhì)進(jìn)行最佳 控制。鹽和有機(jī)化合物是眾所周知的以改變漿體的凝固時(shí)間，從促進(jìn)劑到凝 固抑制劑變化很廣。 一些雜質(zhì)導(dǎo)致伴隨二水合晶體互鎖基質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)不規(guī) 則，降低了凝固產(chǎn)品的強(qiáng)度。因此通過(guò)使用盡可能無(wú)污染的水，產(chǎn)品強(qiáng)度和 堅(jiān)固性被加強(qiáng)。
另外的添加劑也可添加到漿體中，像典型用于石膏漿將應(yīng)用的具體領(lǐng)域 的那些。凝固延緩劑(高達(dá)約21b./MSF (9.8g/m2))或干燥促進(jìn)劑(高達(dá)約 351b./MSF (170g/m2))被添加以改變水合反應(yīng)發(fā)生的速率。"CAS"是一 種凝固促進(jìn)劑，包括95%的二水合硫酸鈣與5%的糖一起研磨，并加熱至 250°F (121°C)使糖熔化成焦糖。CAS可獲得自美國(guó)石膏公司(索瑟德， OK廠(chǎng))，并且是根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利No.3，573，947制得，在此納入作為參考。硫 酸鉀是另一種優(yōu)選的促進(jìn)劑。HRA是以每100磅二水合硫酸鈣，約5-25磅糖 的比率，與糖一起新鮮研磨的二水合硫酸鈣。它在美國(guó)專(zhuān)利No. 2,078,199中 被進(jìn)一步描述，在此納入作為參考。這兩種都是優(yōu)選的促進(jìn)劑。
另一種促進(jìn)劑，稱(chēng)為濕石膏促進(jìn)劑或WGA，也是優(yōu)選的促進(jìn)劑。濕石 膏促進(jìn)劑的用途和制造方法的描述在美國(guó)專(zhuān)利No. 6,409,825中被披露，在此 納入作為參考。這種促進(jìn)劑包括至少一種選自有機(jī)膦化合物、含磷酸鹽化合 物或其混合物的添加劑。這種特別的促進(jìn)劑表現(xiàn)出相當(dāng)長(zhǎng)的壽命并隨時(shí)間保 持其有效性，使得該濕石膏促進(jìn)劑在使用前可被制備、儲(chǔ)存、甚至長(zhǎng)距離運(yùn) 輸。該濕石膏促進(jìn)劑是以每千平方英尺的板產(chǎn)品約5-80磅(24.3-390 g/m2)
的量使用。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，石膏漿中包含添加劑，以改變最終產(chǎn)品的 一種或多種性質(zhì)。這些可選擇的添加劑是以本領(lǐng)域已知的方式和量使用。濃 度是以每1000平方英尺成品板的量(MSF)報(bào)導(dǎo)。淀粉是以約3-20lbs,/MSF (14.6-97.6 g/m2)的量使用以增強(qiáng)紙結(jié)合和強(qiáng)化產(chǎn)品。玻璃纖維是 可選擇地以至少lllb.MSF (54g/m2)的量添加到漿體。高達(dá)15 lb./MSF (73.2 g/m2)的紙纖維也可添加到漿體。蠟乳液是以高達(dá)901bs,/MSF (0.4 kg/m2)的量添加到石膏漿中以改善成品石膏板的耐水性。
可選地，在漿體中加入泡沫來(lái)進(jìn)一步減輕產(chǎn)品的重量。在本發(fā)明的實(shí)施 方式中，采用起泡劑以在凝固含石膏產(chǎn)品中產(chǎn)生空隙以提供較輕的重量，任 何已知在制備泡沫凝固石膏產(chǎn)品有用的常規(guī)起泡劑均可使用。這類(lèi)起泡劑很 多是為人熟知并易于從商業(yè)上獲得，例如購(gòu)自GEC^寺種化學(xué)品公司(賓夕法 尼亞州，安布勒)的HYONIC系列肥皂產(chǎn)品。美國(guó)專(zhuān)利No. 5,683,635披露了 泡沫材料和優(yōu)選的制備泡沬石膏板的方法，在此納入作為參考。
在一些實(shí)施方式中，三偏磷酸鹽化合物被添加到石膏漿中以增強(qiáng)產(chǎn)品的 強(qiáng)度并改善凝固石膏的抗流掛性。優(yōu)選地，三偏磷酸鹽化合物的濃度為基于 煅燒石膏的約0.07%-2.0%。美國(guó)專(zhuān)利No. 6,342,284和6,632,550披露了包含 三偏磷酸鹽化合物的石膏組合物，在此將二者納入作為參考。示范性的三偏 磷酸鹽包括三偏磷酸鹽的鈉、鉀或鋰鹽，例如購(gòu)自阿斯塔瑞斯有限責(zé)任公司 (密蘇里州，圣路易斯)的那些。和石灰或其它提高漿體pH的改性劑一起 使用三偏磷酸鹽時(shí)，必須要小心謹(jǐn)慎。高于pH約9.5時(shí)，三偏磷酸鹽喪失其 強(qiáng)化產(chǎn)品的能力并且該漿體變得非常具有延緩性。
其它潛在的墻板添加劑是殺菌劑，以減少霉菌、霉變或菌類(lèi)的生長(zhǎng)。根 據(jù)選擇的殺菌劑和該墻板的預(yù)定用途，殺菌劑可添加到覆蓋面(covering)、 石膏芯或二者均有。殺菌劑的例子包括硼酸、吡啶硫酮鹽和銅鹽。殺菌劑可 添加到覆蓋面或石膏芯。使用時(shí)，殺菌劑是以至少500-ppm的量在覆蓋面中 使用。
此外，石膏組合物可選擇地包含淀粉，例如預(yù)凝膠淀粉和/或酸-改性淀 粉。預(yù)凝膠淀粉的加入增強(qiáng)了該凝固且干燥的石膏鑄塊的強(qiáng)度，并最大限度 地減小或避免了在增強(qiáng)的濕度條件下(例如關(guān)于提高的水/煅燒石膏的比率) 紙分層的風(fēng)險(xiǎn)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解預(yù)凝膠化原淀粉的方法，例 如在至少約185°F (85°C)溫度下在水中烹煮原淀粉或其它方法。合適的預(yù) 凝膠淀粉的實(shí)例包括但不限于購(gòu)自L(fǎng)auhoff谷物公司的PCF 1000淀粉，以及 購(gòu)自阿徹丹尼爾斯米德蘭公司的AMERIKOR 818和HQM PREGEL淀粉。如果包含在內(nèi)，則預(yù)凝膠淀粉是以任意合適的量存在。例如，如果包含在內(nèi)， 則預(yù)凝膠淀粉可以被添加到用于形成凝固石膏組合物的混合物中，這樣它以
凝固石膏組合物重量的約0.5%-10%的量存在。淀粉例如USG95 (美國(guó)石膏 公司，伊利諾伊州，芝加哥)也可選擇地加入用于芯強(qiáng)度。
操作中，石膏是在運(yùn)輸機(jī)上朝向混合器移動(dòng)。在進(jìn)入混合器之前，干添 加劑，例如干凝固促進(jìn)劑被添加到粉末狀的石膏中。 一些添加劑經(jīng)一單獨(dú)線(xiàn) 被直接加到混合器中。在以下描述的實(shí)施例中，三偏磷酸鹽也是以這種方法 添加。其它添加劑也可添加到水中。添加劑是液體形式時(shí)，這是非常方便 的。對(duì)于大多數(shù)添加劑，關(guān)于漿體中放置添加劑并沒(méi)有臨界性，并且它們可 用任何方便的設(shè)備或方法來(lái)添加。
水和液體添加劑可添加到混合器中，或者結(jié)合通過(guò)一共用入口或單獨(dú)通 過(guò)不同的入口。結(jié)合的灰泥、膨脹珍珠巖和其它干燥成分可添加到混合器 中，制備52之后，漿體從混合器中被放出并流向板線(xiàn)，在板線(xiàn)處該漿體被傾 倒在護(hù)面材料上。紙是優(yōu)選的護(hù)面材料，但紙板、玻璃纖維、塑料薄層和其 它護(hù)面的使用也應(yīng)考慮到。漿體鋪展跨越護(hù)面的寬度之后， 一個(gè)可選擇的第 二護(hù)面被置于該漿體上以形成兩紙層和它們之間漿體的連續(xù)夾心。該夾心在 一個(gè)將其壓至恒定厚度的刮平棒下通過(guò)。當(dāng)約50%水合發(fā)生時(shí)，該連續(xù)夾心 被切成單個(gè)的板，以便在干燥爐中干燥。
膨脹珍珠巖的另一個(gè)用途是在天花板磚或吸聲板中。在該實(shí)施方式中， 膨脹珍珠巖是主要的填料。它是以高達(dá)組合物重量的約85%的量使用。優(yōu)選 地，膨脹珍珠巖的量為基于組合物重量的約15%-70%。
優(yōu)選地，至少一種添加劑是纖維素纖維，其充當(dāng)膨脹劑并提供生強(qiáng)度。 纖維素纖維還可作為粘結(jié)劑以保持細(xì)粉。纖維素纖維的幾種類(lèi)型已經(jīng)在這些
組合物中被評(píng)估。在吸聲磚配方中使用新聞紙或其它消費(fèi)后(post-consumer) 的紙是為人熟知的，而且錘磨(hammer-milled)紙和水漿 (hydro-pulped)紙二者都已被評(píng)估。出于價(jià)格考慮，新聞紙是優(yōu)選的。精制 的紙纖維和木纖維也可作為纖維素纖維的來(lái)源，然而，研究發(fā)現(xiàn)由木纖維制 成的天花板磚，不管是軟木還是硬木，在安裝點(diǎn)用刀切割要困難的多。而 且，木纖維是纖維素纖維的較昂貴的來(lái)源。使用時(shí)，纖維素纖維是以干板重量的高至約75%的量存在。優(yōu)選地，纖維素纖維構(gòu)成板重量的不足30%。更 有選地，纖維素纖維的重量為約1%-30%或約12°/。-28%。
石膏是本發(fā)明的板的另一種優(yōu)選的填料。石膏來(lái)源可以是二水合硫酸 鈣，未煅燒的或煅燒至半水合物或再水合的?；蛘?，在一些實(shí)施方式中，石 膏來(lái)源可以是板成型期間再水合以形成二水合晶體互鎖基質(zhì)的煅燒石膏或無(wú) 水硫酸鈣。煅燒石膏可以和纖維素纖維一起煅燒以形成纖維素纖維與硫酸l丐 晶體互鎖的復(fù)合材料。石膏和纖維素纖維的另一個(gè)來(lái)源是廢棄的或廢料石膏 墻板。經(jīng)該工藝制成的板在美國(guó)專(zhuān)利No. 5,320,677中有更詳細(xì)的描述，在此
納入作為參考。廢料可研磨并添加到漿體中，或者它可作為進(jìn)料物質(zhì)用于共 同煅燒過(guò)程。添加石膏至吸聲板有很多優(yōu)點(diǎn)，包括改善的表面硬度和耐火 性。
其它填料在本發(fā)明的組合物中也是有用的。礦棉是吸聲磚中常用的的填 料。無(wú)機(jī)填料，如粘土、云母、鈣硅石、硅土、珍珠巖和碳酸鈣也是適合 的。
該板的另一種主要成分是粘結(jié)劑。雖然纖維素纖維可提供足夠的粘著力 以起到粘著力唯一來(lái)源的功能，但優(yōu)選的還是在組合物中包含第二粘結(jié)劑， 如淀粉。如果需要，其它粘結(jié)劑例如乳膠也可以和淀粉一起或沒(méi)有淀粉下使 用。在一些情況下，半水合硫酸鈣起粘合劑的作用，形成將板連接在一起的 連鎖的二水合晶體的基質(zhì)。
淀粉非常有成本效益并且是一種優(yōu)選的粘結(jié)劑。在吸聲磚中用淀粉作為 粘結(jié)劑是眾所周知的。淀粉凝膠可通過(guò)在水中分散淀粉顆粒和加熱淀粉漿直 到淀粉充分煮好并且淀粉漿變稠成粘性凝膠來(lái)制備。燒煮前，纖維素纖維的 一部分可合并到該淀粉漿中。淀粉漿的燒煮溫度應(yīng)密切監(jiān)控以保證淀粉顆粒 的充分溶脹。玉米淀粉的代表性的燒煮溫度為約180°F (82°C) -195°F (90°C)。在沒(méi)有預(yù)先燒煮淀粉時(shí)，淀粉也可用作粘結(jié)劑，因?yàn)樗诟稍锘?墊的過(guò)程中形成凝膠。
乳膠粘結(jié)劑可代替淀粉使用或者可在除淀粉粘結(jié)劑外使用該乳膠。美國(guó) 專(zhuān)利No. 5,250,153披露了很多在吸聲天花板磚中有用的乳膠粘結(jié)劑。在本領(lǐng) 域中，基于礦棉的吸聲磚中使用熱塑性粘結(jié)劑(乳膠)是眾所周知的。這些 乳膠粘結(jié)劑可具有約30°C- 110°C的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。乳膠粘結(jié)劑的實(shí)例包括聚乙酸乙烯酯、乙酸乙烯酯/丙烯酸乳液、偏二氯乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯/丙 烯酸共聚物和羧基化苯乙烯/丁二烯。本發(fā)明的天花板磚可以不含淀粉、半水 合硫酸鈣或乳膠而制成，但優(yōu)選地存在它們中的至少一種。在優(yōu)選的實(shí)施方 式中，該組合物包含淀粉和纖維素纖維。
吸聲板中另一種可選擇的成分是粘土，其用于改善耐火性。當(dāng)暴露于火 中時(shí)，粘土不燃燒，它會(huì)燒結(jié)。組合物可選擇地包含約4%-10°/。重量的粘 土。很多不同類(lèi)型的粘土均可使用，包括格里森公司(德克薩斯州)的球狀
粘土， KT粘土公司(密西西比州，Sledge)的CTS-1和CTS-2，格里森公司 (德克薩斯州)的Spinks粘土， Hickory公司(肯塔基州)的oldHickory粘 土。其它商業(yè)粘土，如膨潤(rùn)土和高嶺土在吸聲磚配方中也是有用的。此外， 本發(fā)明的吸聲組合物還可含有在這種類(lèi)型配方中眾所周知的其它成分。輕質(zhì) 骨料、表面活性劑和絮凝劑也是有用的并且為吸聲板制備的技工所熟知。
根據(jù)任何已知的制備吸聲板的方法，板制備成至少l/8英寸(3 mm) 厚。該工藝由混合填料、粘結(jié)劑和水的漿體開(kāi)始。液體形式的成分通常是在 添加該干成分前與測(cè)定量的水混合。當(dāng)乳膠以液體乳液的形式提供時(shí)，在添 加該干成分之前，它們與水混合。
干成分在混合之前測(cè)定。這些成分可選擇地是在添加水之前干混合。千 成分被添加到水或在其中混合的任意液體中后，攪拌該水性組合物直到獲得 均勻稠度的漿體。 一旦形成，該漿體從混合容器中轉(zhuǎn)移以形成板。
如果使用鑄造工藝，漿體被轉(zhuǎn)移到所需尺寸和形狀的模子，其中水被一 種或多種成分吸收或者它蒸發(fā)掉。吸收包括物理吸收例如毛細(xì)管作用，化學(xué) 吸收例如水合作用，或兩者兼有。 一旦足夠量的水已經(jīng)被吸收或蒸發(fā)，板保 持在一起，則該板可選擇地從模子中移出。從模子中移出后，該板被進(jìn)一步 干燥，優(yōu)選地是通過(guò)在烘箱中除去水。
制造吸聲板的另一種眾所周知的方法是通過(guò)氈工藝。將漿體倒入流漿箱 (head box)，其沿著成型臺(tái)分布該漿體。從流漿箱，漿體被置于一氈傳送 帶上，在上面形成濾餅。濾餅是通過(guò)將水和漿體分離穿過(guò)傳送帶的多孔成型 表面而脫水。多達(dá)90%的未結(jié)合水可通過(guò)氈傳送帶從濾餅中除去。脫水優(yōu)選 地由真空輔助以除去額外的水。盡可能多的水優(yōu)選地是在半水合物冷卻并轉(zhuǎn)化為二水合物之前除去。美國(guó)專(zhuān)利No. 5,320,677中描述了濾餅的形成及其脫 水，在此納入作為參考。
脫水濾餅被濕壓，以進(jìn)一步減少含水量并將濾餅壓縮成所需形狀、厚度 和/或密度。當(dāng)濾餅仍能改變形狀時(shí)，它優(yōu)選被濕壓成所需尺寸和厚度的板。 如果該板將被賦予特殊的表面結(jié)構(gòu)或疊片表面拋光，該表面優(yōu)選地在該步驟 進(jìn)行期間或之后被修飾。濕壓步驟優(yōu)選以逐漸增加的壓力進(jìn)行以保持產(chǎn)品的 完整性。
再水合充分完成以便產(chǎn)品保持其形狀之后，如果需要該板可被切割和修 剪，并送往干燥爐以便干燥。可取的是，在使產(chǎn)品芯溫度達(dá)到至少170°F (77°C)的條件下干燥該產(chǎn)品，更優(yōu)選地，芯溫度達(dá)到約170。F (77°C)-200。F (93。C)。
如果需要，在板的前端形成開(kāi)口或凹陷以吸收聲音。開(kāi)口是通過(guò)刻、 裂、針孔造成或者通過(guò)本領(lǐng)域已知的任意其它手段在基墊上創(chuàng)造凹陷。當(dāng)板 鑄造時(shí)，模子可有利地確定形狀以在鑄造件中提供凹陷。烘箱干燥后，如果 需要，該板用涂料涂覆，例如上述適合于板的特定應(yīng)用的那些涂料。
雖然本發(fā)明公開(kāi)并描述了制造膨脹珍珠巖和石膏產(chǎn)品的方法的具體實(shí)施 方式，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不背離本發(fā)明的情況下可以在更廣 范圍做出變化和修改，并如下面權(quán)利要求書(shū)所述。
權(quán)利要求
1、一種減少膨脹珍珠巖的水需求的方法，包括獲得一以一角度支撐的振動(dòng)篩；將膨脹珍珠巖置于該振動(dòng)篩上；使該膨脹珍珠巖在篩上以一定速率移動(dòng)經(jīng)過(guò)一燃燒爐，加熱該膨脹珍珠巖至足以將其退火的溫度；移動(dòng)該膨脹珍珠巖離開(kāi)燃燒爐；和使該膨脹珍珠巖冷卻。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一移動(dòng)步驟包括振動(dòng)該篩以移 動(dòng)膨脹珍珠巖。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述振動(dòng)步驟包括利用一偏心振動(dòng)器 和一偏置元件以振動(dòng)該篩。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述偏置元件包括一彈簧。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述膨脹珍珠巖的密度為約3化很3-至約81b/ft3。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二移動(dòng)步驟包括夾帶該膨脹珍 珠巖進(jìn)入熱空氣流中。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括回收該膨脹珍珠巖。
8、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述獲得步驟的角度為從水平面起約 30°至約50°。
9、 一種制造石膏產(chǎn)品的方法，包括用權(quán)利要求1所述的方法退火珍珠巖； 制備半水合硫酸韓、退火的珍珠巖、添加劑和水的漿體； 將該漿體成型為石膏產(chǎn)品的形狀；和 使半水合硫酸鈣凝固。
10、 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括將該漿體傾倒在至少兩層護(hù) 面材料中間以形成夾心物。
11、 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括使該夾心物在一刮平棒下通 過(guò)以壓成均勻的厚度。
12、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述成型步驟選自漿體的水制氈法和鑄造法。
13、 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括干燥該石膏產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降低膨脹珍珠巖水需求的方法，包括獲得以一定角度被支撐的振動(dòng)篩和將膨脹珍珠巖置于該振動(dòng)篩上。膨脹珍珠巖以一定速率在振動(dòng)篩上向燃燒爐移動(dòng)，該燃燒爐加熱膨脹珍珠巖至足以將它退火的溫度。然后膨脹珍珠巖離開(kāi)燃燒爐并使其冷卻。本發(fā)明的另一種實(shí)施方式是涉及制備石膏產(chǎn)品的方法。該方法包括經(jīng)上述方法退火珍珠巖，然后制備制備半水合硫酸鈣、添加劑、水和退火珍珠巖的漿體。將該漿體成型為石膏產(chǎn)品的形狀并使其凝固。本工藝尤其用于制造從輕質(zhì)材料使用中獲益的石膏板和吸聲板。
文檔編號(hào)B23B13/00GK101588886SQ200780046953
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者克里斯托弗·R·尼爾森 申請(qǐng)人:美國(guó)石膏公司