CN1317123C - 涂布石膏板产品及其制备方法 - Google Patents

Abstract

在制造过程中用涂层涂布石膏板以形成涂布石膏板。涂层在石膏板在烘箱中干燥之前被涂布，且涂层渗透穿过面板的至少一部分并到达石膏板的石膏芯板中。通过涂布涂层可以提高板强度，以及在合适的场合中提高纸的粘合性。快速涂层组合物允许更快的安装；快速凝固组合物提供了更耐用的面层。每一种涂层可以通过加入珍珠岩制成轻质，或者可以通过加入颜料提高饰面外观。涂布石膏板可以被固定到支撑结构上形成墙壁，并且可以用密封剂来封住和修整邻接涂布石膏板之间的接缝，所述密封剂含有与涂层组合物基本上类似的组合物。总的来说，所获得的涂布石膏板和用于制造该石膏板的方法有助于提高最终饰面外观并降低制造时间和成本。

Description

涂布石膏板产品及其制备方法

                        发明背景

发明领域

本发明总的来说涉及用于石膏板产品的涂层，及其制备。更具体地，本发明涉及用于石膏板产品的涂层组合物，以及在连续的石膏板制备方法中制备并涂布该涂层的方法。

相关技术讨论

在下面对相关技术的讨论中，参考某些结构和/或方法。然而，下述参考不应该被解释为承认这些结构和/或方法构成现有技术。如果合适的话，申请人明确地保留了证明这些结构和/或方法不能够作为现有技术来针对本发明的权利。

将传统石膏板产品的产品密度和表面类型以及光洁度加工成具有期望的强度和外观，同时最小化产品重量和成本。一般来说，是将煅烧石膏浆料与含水起泡剂在混合器中一起搅拌，然后沉积到放有面板的传送带上。底板被置于浆料之上，湿石膏板产品在成型辊之间形成了期望厚度。湿石膏板在传送过程中凝固，被切割为期望长度，并且将湿石膏板产品通过干燥炉而干燥。

石膏板产品的涂层可用来使表面均匀，且被用来改善表面外观，是在制造条件下并且在已经涂布了装饰性涂层之后。在澳大利亚专利申请19322/92中公开了一种先前已知的用于涂布石膏板产品的两步制造法，其公开内容在此引入作为参考。在该石膏板制造过程中，表面涂层被涂布到面板上并且在将石膏置于面板上之前将其干燥。

另一种涂布涂层的方法在制造并干燥石膏板产品之后使用一个单独的涂布过程。

Zuber等人的美国专利6,105,325公开了将连接点涂层的饰面外观与连接的石膏板纸面的衬料相匹配的应用，也将其公开内容在此引入作为参考。

在上述方法中，涂层产生了期望的美学特性，包括表面色彩，反射率和吸水性。然而，这些方法是资本密集型的，需要独立且专门的在其中涂布涂层的生产设备，并且由于不是大型在线生产设备的一部分而使得效率低下。

                        发明概述

本发明提供了一种涂布石膏板，该石膏板可以在连续的石膏板制造方法中制造。该石膏板可以制成要么其两侧用纸构成，其一侧用纸构成，要么任一侧都没有纸。而且，该石膏板涂层可以在干燥之前被涂布到湿石膏板上。

在一个例证性实施方案中，涂布石膏板包括石膏芯板，该石膏芯板具有第一侧面和第二侧面，以及一层置于第一侧面上的面板。涂层置于面板的至少一部分上，并且至少一部分涂层渗透到石膏芯板中。在另一个实施方案中，石膏板进一步包括位于石膏芯板的第二侧面上的底板。一方面，涂层可以渗透到石膏芯板中，在石膏板整个面积上达到基本均匀的深度。具有这样的涂层的石膏板的起钉值(nail holdvalue)大于80磅。

在一种制造涂布石膏板的方法中，石膏浆料被沉积形成湿石膏板，涂层被涂布到湿石膏板上，接着湿石膏板被干燥。该涂层可以被直接涂布到石膏芯板上或涂布到石膏浆料之上的面板上。当涂层在干燥之前被涂布到石膏板上时，该涂层可以渗透到面板和/或石膏芯板中，并形成厚度高达30密耳的涂层。

在一个例证性实施方案中，将被涂布到石膏板上的涂层是密封剂，或稀释的密封剂。

在另一个例证性实施方案中，该涂层含有一种组合物，它包括25-75vol.％水，30-70wt.％碳酸钙，0-30wt.％填料，2-10wt.％胶乳乳液，和0-10wt.％其它添加剂。填料可以包括一种或多种云母，滑石，粘土和石灰石。也可以将2-8wt.％珍珠岩添加到涂层中，以形成轻质产品，也可以添加有效量的颜料以便为涂层提供期望的色彩。

在又一个实施方案中，将被涂布到石膏板上的涂层含有一种组合物，它包括10-60vol.％水，50-90vol.％煅烧石膏；0.1-10vol.％粘合剂；0-50vol.％石灰石；0-10vol.％粘土；0-30vol.％其它填料；和0-10vol.％添加剂。填料可以包括一种或多种云母和滑石。也可以将2-15vol.％珍珠岩添加到涂层中，以形成轻质产品，也可以添加有效量的颜料以便为涂层提供期望的色彩。

利用一种制造墙壁的例证性方法沉积石膏浆料以形成具有石膏芯板的湿石膏板，将涂层涂布到该湿石膏板上，并且干燥该湿石膏板。涂布涂层的步骤在干燥湿石膏板的步骤之前进行。然后该涂布石膏板被固定到支撑结构上从而形成墙壁，相邻的涂布石膏板之间的接缝用密封剂来封住且修整，所述密封剂含有一种与该涂层组合物基本上类似的组合物。

                        附图简单描述

从下述对本发明优选实施方案的详细描述，并结合附图，本发明的方面和优点将变得显而易见，附图中的类似数字表示类似成分，其中：

图1是在面板上涂布了涂层的涂布石膏板的横截面视图。

图2是在石膏芯板上涂布了涂层的涂布石膏板的横截面视图。

图3是一个在干燥石膏板之前引入涂布步骤的生产线的实施方案的示意图。

图4是显示涂布机的涂布步骤的示意性平面图。

                优选实施方案的详细描述

尽管此处的描述可能有时指或者墙板，内顶贴砖，天花板，或者总称为石膏板，但在每一种情况下，本发明的概念通常被用于墙板，天花板或内顶贴砖。

一般来说，石膏板在建筑过程中以边缘毗连接合的方式被安装在诸如墙，天花板及其类似物的表面上。在用合适的连接物(如钉子，螺钉，环氧树脂等等)将石膏板固定在表面上之后，用涂层覆盖连接物的接缝和/或人为痕迹(如钉子的凹陷处，钉头，螺纹孔，等等)，以呈现出均匀且光滑的面层。对于接缝，可以将所述涂层与胶带组合使用。涂层材料有时指密封剂。

在石膏板行业中所用的涂层可以是两种类型中的一种。在第一类型中，涂层被涂布且随着时间的推移水份被蒸发后形成坚硬的涂层。在第二类型中，涂层被涂布并允许其放置一段适当的时间，在这段时间里该涂层的组分凝固成坚硬的石膏基涂层。

在制造过程中，第一类型或第二类型的涂层可以被涂布到石膏板的一个侧面上(例如涂布到面板上或直接涂布到石膏芯板上)以形成涂布石膏板。可以对涂层进行选择，以便涂布石膏板的涂层基本上与将用来覆盖连接物的接缝和/或人为痕迹的涂层或密封剂匹配，所述连接物与将涂布石膏板固定到支撑结构上有关。

图1所示为涂布石膏板100的一个实施方案。石膏芯板105位于底板110和面板115之间。涂层120位于面板115之上。图2所示为涂布石膏板200的另一个实施方案，其中涂层205直接置于石膏板210上。应该清楚可以使用面板和底板的任何组合来实践本发明。在一层或多层板已经被去除的情况中，涂层可以直接涂布到石膏芯板上，伴随着将涂层渗透到石膏芯板中。

涂层被均匀地涂布到石膏板的表面上(例如，如果使用面板的话，被涂布到面板上，或直接涂布到石膏芯板上)达到均匀的厚度t，该厚度值优选不受表面不平整的影响。涂层的典型厚度t可达30密尔，优选为3-20密尔，更优选为5-15密尔。优选的厚度依赖于最终应用。例如，对于墙板而言，该厚度t优选为10密尔；对于内顶贴砖而言为20密尔。而且，这些范围之外的厚度也可在本发明的考虑之中。但是，大约30密尔或更高的涂层当其干燥时可能导致表面修饰的裂缝或擦磨。因此，较厚的涂层应该谨慎使用。

在石膏板具有面板的实施方案中，涂层可以渗透到至少一部分面板中，在一些情况下，涂层可以一直穿过面板且渗透到石膏芯板部分，覆盖至少一部分石膏板。在一个实施方案中，涂层可以渗透到石膏板覆盖基本上整个它将涂布的面积，也就是整个石膏板，或预定部分，如果所选择的石膏板区域已经被涂布。

尽管优选地涂层以基本上均匀的厚度渗透到石膏板中，但涂层的渗透厚度可受相对湿度水平和/或石膏板凝固程度的影响。在图1所示的横截面视图中，涂层120已经渗透到面板115中，且渗透到石膏芯板110中的厚度为d。在其它情况中，即在含水量较低或石膏处于凝固程度较高状态的情况中，涂层仅渗透到面板中一定的厚度。在具有面板的石膏板的一个实施方案中，渗透到石膏芯板的厚度在大约5-20密尔之间，优选地在10-15密尔之间。在没有面板的石膏板的实施方案中，渗透厚度在大约5-30密尔之间，优选地在10-20密尔之间。

图3所示为一个制备涂布石膏板的方法，其中描述了涂布石膏板生产线的流程图。总的制备步骤300包括混合305石膏浆料，将石膏成型310为期望形状，将石膏切割315为期望尺寸，随后涂布320以形成石膏板产品，然后干燥325。石膏主要在成型步骤310和切割步骤315之间进行凝固。此处将从成型310到切割的制造步骤描述为成型和凝固生产线，其中包含切割；此处将切割315之后的步骤描述为涂布和干燥生产线。

成型的涂布石膏板的制造从成型和凝固生产线开始。在第一个实施方案中，当石膏芯板还湿着时用涂层在石膏芯板的第一表面上涂布。在其它实施方案中，石膏板具有面板和/或底板，当石膏芯板还湿着时，用涂层在第一表面上如面板表面上涂布。为了本申请的目的，在制造过程中，在石膏板穿过干燥炉之前，认为石膏芯板在任何时候都是湿的。

为了控制石膏芯板的凝固时间，可以调节石膏板的组分，例如通过控制石膏浆料组合物中所用的促进剂和缓凝剂的使用量。促进剂包括晶体状的小物体，它们被淀粉或其它可溶物质涂布。随着淀粉或其它可溶物质的涂层的溶解，促进剂晶体形成石膏晶体生长的起点或种子。缓凝剂优选地被加入到石膏板组分中，以便延迟石膏芯板的凝固时间。缓凝剂对于最终板材产品的强度或其它特性没有长期影响。

在某些情况下期望延迟凝固时间以便石膏浆料不会在期望的凝固时间之前凝固。例如，如果石膏浆料在混合器中就开始凝固，会导致效率低下，例如堵塞和/或阻塞仪器，伴随着维护和/或修理的停机时间。此外，如果浆料在混合器之外但在成型之前凝固，在凝固过程中浆料成型可能引起晶体结构被破坏，这会导致不太牢固的最终板材产品。因此，在制造过程中，可以单独使用或组合使用促进剂和缓凝剂以调节石膏的凝固时间，从而在期望的时间获得期望的凝固或硬度。

在成型后，石膏板沿着成型和凝固生产线被传送***传送到切割位置。结合石膏的凝固时间来选择传送速度和距离，以形成具有期望凝固或硬度的石膏，便于随后的切割和处理。切割是用切割机完成的，正如本领域中传统上已知的。在切割后，石膏板被翻转，然后放置到传送表面，接着传送到涂布和干燥生产线。在石膏芯板具有面板和/或底板的情况中，石膏板的处理导致底板与传送表面接触，并使面板暴露。

在涂布和干燥生产线上，有或者没有面板和/或底板的石膏板都被传送装置传送穿过涂布机，该涂布机放置在干燥仪器之前。图4示意性地描述了流水涂布过程400。涂布机405位于石膏板415的传送途径410上方。传送途径典型地包括传送带420，其上已经放置了将被涂布的石膏板，尽管可以使用其它合适的传送途径，如传动或非传动辊。未涂布且湿的石膏板425在涂布机405之下通过，通过涂层涂布器430涂布涂层。涂布石膏板435然后被传送到下面的生产步骤，如果有的话，接着例如在烘箱中进行干燥。

可以用传统的涂布机如帘式涂布机来涂布涂层。帘式涂布机的一个实例是由Hymmen International提供的，其可以按用户定制设计以适合具体的生产线或制造设备。帘式涂布机提供了连续的涂层帘，湿石膏板从其中穿过。其它的涂布设备可以包括喷涂器，如喷嘴或喷淋喷涂器，滴管和雾化技术。喷涂技术的一个实例是由Graco，Inc.提供的，使用了悬挂在墙板线路上的喷嘴梢。另一个可选的方法是刮刀技术，该技术将涂层混合料刮到石膏板的表面上，即刮到石膏芯板或面板的表面上。

涂层可以在石膏凝固的任何条件下涂布到石膏板上。例如，涂层可以在烘箱干燥之前被涂布，从而可以使涂层在传送期间渗透到湿面板和/或湿石膏芯板中。在涂布后，涂布石膏板被干燥，然后准备进行储存和运输。可选的，涂层可以在干燥后涂布，例如在此涂层是热敏的或需要将渗透到面板的深度最小化。

涂层可以涂布到石膏板的整个表面面积上，或涂布到石膏板的预定部分上。在后一种情况下，预定部分可以这样指定，例如通过遮盖石膏板以阻止指定部分被涂布，或者通过将涂布设备调节到仅将涂层涂布到预定部分上。

可以预见涂层组合物的几个可选的实施方案，每一个都会影响最终产品。涂层的一个实施方案，此处被称作“快速涂层”，该涂层通过蒸发水份而硬化。快速涂层包括水；碳酸钙；填料如石灰石，云母，滑石和/或粘土；粘合剂；胶乳乳液；和其它添加剂如防腐剂和增稠剂。快速涂层的含水量为35-45wt％，并通过加入水将快速涂层在混合物中稀释到稀释度介于10％-60％，例如，优选介于39-56wt％。表1给出了快速涂层的一个实施方案的例证性配方。

                表1

组分	含量(wt.％)
		水	25-75
碳酸钙	30-70
		云母	0-10
滑石	0-10
		粘土	0-10
胶乳乳液	2-10
		其它添加剂	0-10

在快速涂层的一个轻质实施方案中，填料可以包括2-8wt.％的珍珠岩。快速涂层的另一个实施方案中加入了颜料，该颜料以有效量被加入以便为涂层提供期望色彩。另外，可以制造快速涂层以便基本上与密封剂的性能如吸水性，反射率等匹配。在已经涂布了装饰性涂层后，在成品条件下一个或多个特性基本上匹配可以提高石膏板的美学外观。

因此，根据本发明的一个方面，可以通过制备石膏板并在干燥步骤前用密封剂或稀释的密封剂涂布石膏板来组装墙壁。而且，当石膏板固定到支撑结构上形成墙壁时，可以用密封剂来封住和修整邻接板之间的接缝，所述密封剂含有与涂层基本上类似的组合物。

本发明的另一个实施方案使用了一种涂层，该涂层在此被称作“凝固涂层”。凝固涂层通过类似于石膏板中石膏凝固的凝固过程形成坚固的石膏基涂层。凝固涂层包括一种干燥产品，该产品含有煅烧石膏；粘合剂；填料如石灰石，云母，滑石和/或粘土；和其它添加剂如防腐剂，促进剂和增稠剂。煅烧石膏可以是α型或β型或这两种类型的共混物。使用前，将凝固涂层与30-60vol.％的水混合形成混合物。表2给出了凝固涂层的一个例证性配方。

              表2

组分	含量(vol.％)
		水	10-60
煅烧石膏	50-90
		粘合剂	0.1-10
石灰石	0-50
		粘土	0-10
其它填料	0-30
		其它添加剂	0-10

在凝固涂层的一个轻质实施方案中，填料可以包括2-15vol.％的珍珠岩。凝固涂层的另一个实施方案中加入了颜料，该颜料以有效量被加入以便为涂层提供期望色彩。

凝固涂层通常对于碰撞比快速涂层更有弹力，即更坚韧，而且可以被用来在石膏板上提供抗机械损伤表面，例如在交通繁忙地区或公众场合使用。另外，可以制造快速涂层以便与密封剂的性能如吸水性，反射率等基本上匹配。在已经涂布了装饰性涂层后，在成品条件下一个或多个性能基本上匹配可以提高石膏板的美学外观。

适合用于上述快速涂层和凝固涂层的粘合剂包括淀粉，其有助于粘合性能。这样的粘合剂的实例是小麦淀粉，其存在量可以介于0.01-5％。

适合用于上述快速涂层和凝固涂层的防腐剂的存在量可以介于0.01-5％。该添加剂可以防止产品在使用之前过早变坏。涂层可以变坏是因为在配方中可能存在水和/或大量有机原材料。防腐剂通常也被称作抗微生物剂。

促进剂可以被用来调节上述凝固涂层中的凝固时间。促进剂的一个实例是硫酸钾。促进剂可以以合适的量存在，以获得期望的凝固时间。典型地，促进剂的存在量以固体重量计介于0.01-15％。

增稠剂，如普通纤维素基增稠剂，可以被用来调节涂层的流变性能，且可以以合适的量存在。典型的值以固体重量计介于0.01-35％。

由涂层的涂布产生的涂层渗透到湿石膏板得到改善的涂布石膏板性能，如面板更好地粘着在石膏芯板上。在一个实施例中，涂层可以提高板的强度，正如通过起钉值所测量的。表3包括涂布石膏板和未涂布石膏板的起钉值。从表3可以看出，相对于传统的未涂布石膏板产品，涂层将起钉值提高了高达25％。

          表3

样品	起钉值
		涂布的	80磅
未涂布的	63磅

此外，相对于未涂布石膏板，涂布石膏板显示出机械或强度优点，这使得可以使用更轻的面板，伴随着降低成本。典型地，面板可以是40-60磅间的任意重量。在一些应用中，面板是掺合了矿物或合成纤维的纸板。如果面板被涂布，由涂层赋予的改进的板强度使得纸板的重量降低。本发明的优点得到实现，同时仍然获得了所需的加工特性，以使得在制造过程中在处理时不会断裂。

根据一个优选的实施方案，石膏板是通过形成石膏浆料并将浆料沉积到置于环型传送带上的面板上进行制备的。然后将底板置于石膏浆料的上面。然后通过将石膏和任选的面板和底板穿过一个或多个成型辊以形成期望厚度，将面板、石膏浆料和底板形成湿石膏板。湿石膏板在传送带上传送，直到凝固时间结束，随后用叶片切割机将石膏板切割为期望长度，然后使其穿过机械涂布机。随后加热去除过量的水，如在干燥器或烘箱中。在该方法的任何阶段，面板或底板或两者都可以被去除。

在本发明的另一个实施方案中，石膏板产品可以在生产线上形成，如通常已知为制备内顶贴砖。在该方法中，可以用高速剪切混合器分批混合期望组分。然后每一批次通过压出机的出口被压出到环型传送带上。在预定的凝固时间后，然后混合物被切割为期望长度。然后切割长度穿过机械涂布机，随后通过干燥器蒸发掉多余的水份。

根据本发明的一个实施方案，可以制造轻质石膏板。这样的板的密度可以从低至1000磅每1000平方英尺到1700磅每1000平方英尺或更大之间变化。在石膏切割后且石膏仍然没有干燥时，湿石膏板被运送到涂布和干燥生产线。涂布厚度高达30密尔的涂层，随后在干燥过程中干燥，例如在烘箱中干燥。

根据本发明的另一个实施方案，具有期望厚度的石膏板产品可以按照传统已知的方法进行制造。例如，可以制造1/2英寸或1/4英寸的石膏板。在石膏切割后且石膏仍然没有干燥时，湿石膏板被运送到涂布和干燥生产线。涂布厚度高达30密尔的涂层，随后在干燥过程中干燥，例如在烘箱中干燥。

尽管结合其优选实施方案已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应该理解，在不背离所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行此处没有特别描述的添加、删除、修改和取代。

Claims (22)

1.一种其上涂布了涂层的石膏板，所述石膏板包括：

具有第一侧面和第二侧面以及一层置于第一侧面上的面板的石膏芯板；和

位于至少一部分面板上的涂层，

其中至少一部分涂层渗透穿过面板的至少一部分并到达石膏芯板中。

2.如权利要求1所述的石膏板，其中所述涂层渗透到石膏芯板中，在石膏板整个面积上达到均匀的深度。

3.如权利要求1所述的石膏板，其中所述涂层的厚度高达30密耳。

4.如权利要求3所述的石膏板，其中所述涂层的厚度为3-20密尔。

5.如权利要求1所述的石膏板，其中所述涂层是密封剂。

6.如权利要求1所述的石膏板，其中所述石膏板的起钉值大于80磅。

7.如权利要求1所述的石膏板，其中所述石膏板进一步包括一层置于石膏芯板的第二侧面之上的底板。

8.如权利要求1所述的石膏板，其中所述石膏板进一步包括一层置于第一侧面之上的底板，且其中石膏芯板作为石膏浆料沉积在其上。

9.一种制备涂布石膏板的方法，所述方法包括：

沉积石膏浆料形成具有石膏芯板的湿石膏板；

将涂层涂布到该湿石膏板上；和

干燥该湿石膏板，

其中所述涂布涂层的步骤在干燥步骤之前进行。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述涂层被直接涂布到石膏芯板上。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述石膏浆料被沉积到面板上，其中所述涂层被涂布到面板上。

12.如权利要求11所述的方法，其进一步包括将底板置于与面板相对的位置的步骤，且石膏芯板位于它们之间。

13.如权利要求9所述的方法，其中所述涂层在石膏板凝固期间被涂布。

14.如权利要求11所述的方法，其进一步包括切割石膏板，其中切割在涂布涂层之前进行。

15.如权利要求9所述的方法，其中所述涂层用帘式涂布机，喷洒涂布机，滴管或雾化技术涂布。

16.如权利要求11所述的方法，其中所述涂层渗透穿过面板的至少一部分并到达石膏芯板的至少一部分中。

17.如权利要求11所述的方法，其中所述涂层是稀释的密封剂。

18.根据权利要求9所述的方法，其中所述涂层渗透到石膏芯板中，在石膏板整个面积上达到均匀的深度。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述石膏板的起钉值大于80磅。

20.根据权利要求9所述的方法，其中涂层的厚度高达30密耳。

21.根据权利要求20所述的方法，其中涂层的厚度为3-20密耳。

22.一种制造墙壁的方法，所述方法包括：

沉积石膏浆料形成具有石膏芯板的湿石膏板；

将涂层涂布到该湿石膏板上；

干燥该湿石膏板，其中所述涂布涂层的步骤在干燥步骤之前进行；

将该涂布石膏板固定到支撑结构上形成墙壁；和

用密封剂来封住和修整邻接涂布石膏板之间的接缝，所述密封剂与涂层相同。

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