JP6216388B2 - 耐たわみ石膏製品およびその製造方法 - Google Patents

耐たわみ石膏製品およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は石膏製品、特に石膏板組成物、石膏板およびその調製方法、そして石膏板におけるたわみ防止添加物としてのアスコルビン酸の利用に関する。
近代建築の分野において、石膏(主成分は硫酸カルシウム二水和物である)は、建設業において用いられる主要な材料である。例としては、建築物の天井や壁の形成のための石膏板や、内側の壁・天井の仕上げ面の生成のための従来のモルタルがある。
石膏製品の調製に際して、焼石膏(硫酸カルシウム半水塩および/または無水硫酸カルシウム)と水との混合物が注型され、該焼石膏(漆喰)を水で水和することで結晶水和石膏マトリクス(硫酸カルシウム二水和物)からなる固化石膏を形成し、これによって石膏製品が高い構造強度を有する。したがって、石膏製品は軽量・高強度の利点を有し、そのため建築製品において幅広く用いられる。
しかし、石膏製品が長期間にわたって高湿度の条件下におかれる場合、産業分野において、たわみ又は加湿変形と称される変形作用が時に起こりうる。この変形作用を示す石膏製品は、設置後の美観に劣るとともに修正のために高価な改善作業を要するものである。したがって、固化石膏の劣った変形作用をどのように克服するかが建築分野での研究の焦点であり、いくつかの功績がなされている。
例えば、特許文献1において、焼石膏に添加物としてホウ酸を加えることによる、石膏製品のたわみ防止の向上のための方法が開示されている。特許文献2において、たわみ防止添加物として没食子酸を用いることによる石膏板のたわみ防止の向上が開示されている。特許文献3において、酒石酸を含む石膏プラスターのシート、スラブおよびブロックは、酒石酸を含まない同様の品物よりも塑性流動に対し高い耐性を有することが開示されている。特許文献4で開示されているように、リン酸塩を用いることが可能であることも知られている。
中国特許出願公開第101747014号明細書 英国特許出願公開第1481788号明細書 英国特許出願公開第1226333号明細書 米国特許第6342284号明細書
従来の石膏製品は、多湿条件でたわみや漸動を生じがちであり、変形への耐性が低く安定性に乏しい、という変形作用を考慮して、本発明は、組成物と、石膏板と、該石膏板の調製方法とを提供する。該組成物は変形防止添加物からなり、該組成物から作られる石膏板は多湿条件における良好な変形耐性、特にたわみ耐性を有し、したがって石膏板の安定性が向上される。
本発明は、石膏板組成物と、石膏板と、その調製方法と、石膏板におけるたわみ防止添加物としてのアスコルビン酸の利用とを提供する。
前記組成物は、石膏と変形防止添加物とからなり、この変形防止添加物は、化学式1で示されるグループからなる化合物からなり、この化合物はカルボキシル基を含まない。本出願の組成において述べられる石膏は、半水石膏(硫酸カルシウム半水和物)である。
本発明はさらに、組成物の形成の方法を提供する。この方法は、石膏粉および変形防止添加物の水との混合と、混合物の撹拌とからなる。この変形防止添加物は、化学式1で示されるグループからなる化合物からなり、該化合物はカルボキシル基を含まない。Rおよび/またはRは、水素、金属イオン、アルキル基、アルコキシル基またはアルケニル基である。
前記の組成物は、さらに糊と、発泡剤と、促進剤と、分散剤と、等の石膏板や漆喰製造の分野の当業者に知られているものから選ばれる内容物の1つ以上を、補助添加物として含んでもよい。
本発明はさらに、石膏と、糊と、発泡剤(任意)と、分散剤と、促進剤と、変形防止添加物と、石膏板や漆喰製造の分野の当業者に知られている材料とからなる石膏板であって、該変形防止添加物は、化学式1で示されるグループからなる化合物からなり、該化合物はカルボキシル基を含まない。Rおよび/またはRは、水素、金属イオン、アルキル基、アルコキシル基またはアルケニル基である。本出願の最終的な石膏板における石膏は、二水石膏(硫酸カルシウム二水和物)である。
本発明はさらに、石膏板の形成方法を提供する。それは、半水石膏と水と糊と発泡剤(任意)と促進剤と分散剤と変形防止添加物との混合であって、該変形防止添加物は化学式1で示されるグループからなる化合物からなり、該化合物はカルボキシル基を含まず、Rおよび/またはRは、水素、金属イオン、アルキル基、アルコキシル基またはアルケニル基であり、前記混合物の撹拌によるスラリーの形成と、2つのライナーの間への該スラリーの配設によるサンドイッチ構造の形成と、該サンドイッチ構造からの一次板の形成と、硬化工程後に該一次板を切断し所望の長さを有する複数の二次板とすることと、該複数の二次板の乾燥による過剰な水分の蒸発と、からなる。
前記スラリーは典型的には、紙シート等のライナーに置かれ、さらなるライナーで被覆され、これによってスラリーは2つのライナーに挟まれる。このサンドイッチ構造体はそれから1組の形成プレートまたはロールを通過し、これによって板の厚さが決定される。その後、該構造体はコンベアーラインを通過し、漆喰のスラリーが水和し硬化するための時間が経過する。硬化した構造体を切断して所望の長さの複数の板が供され、乾燥システムへと送られ過剰な水分が蒸発される。
本発明はさらに、石膏製品におけるたわみ防止添加物としての、化学式1で示されるグループからなりカルボキシル基を含まない化合物の利用を提供する。
前記化学式1は−COH=COH−の構造を有するものとしてもよい。
前記化学式1で示されるグループからなりカルボキシル基を含まない化合物は、アスコルビン酸と、アスコルビン酸誘導体と、アスコルビン酸塩とのうち少なくとも1つとしてもよい。
前記組成物および石膏製品における、化学式1で示されるグループからなりカルボキシル基を含まない化合物の、石膏に対する質量比は、0.01〜5.0%の範囲内、好ましくは0.1〜1.0%の範囲内でありうる。
前記アスコルビン酸誘導体は、L−アスコルビルステアラート(構造:化学式5)とL−アスコルビル6−パルミタート(構造:化学式6)とであってもよい。
前記アスコルビン酸塩は、アスコルビン酸カルシウムであってもよい。
前記化学式1で示されるグループからなる化合物は、化学式2で示されるグループからなるとしてもよい。
前記化学式2で示されるグループからなる化合物は、タンニン酸(構造:化学式7、化学式:C765246)または1,2,3−トリオキシベンゼン(構造:化学式8)でありうる。
前記化学式1で示されるグループからなる化合物は、化学式3で示されるグループからなるとしてもよい。
前記化学式1で示されるグループからなる化合物は、化学式4で示されるグループからなるとしてもよい。
本発明はさらに、石膏製品におけるたわみ防止添加剤としてのアスコルビン酸の利用を提供する。
従来技術と比較して、前記の組成物、石膏製品およびその調製は以下の利点を有する。
1.本発明において、前記石膏製品は前記組成物から調製される凝固石膏からなり、該組成物は半水石膏と、水と、化学式1で示されるグループからなる組成物とからなり、該組成物はカルボキシル基を含まない。前記組成物から調製される凝固石膏は、従来技術よりも効率的に、石膏製品のよりよい変形耐性と向上した変形防止性能とを示す。本発明の石膏製品はほぼ歪まず、多湿条件でもより強い安定性を有するので、石膏製品の品質を向上し高安定性の需要に合致する。
さらに、任意の実施形態における−COH=COH−のグループを有する特定の例としてのアスコルビン酸とタンニン酸と1,2,3−トリオキシベンゼンとは、安価であり容易に利用可能であるので、本発明の組成物のコストが低減される。
2.加えて、前記組成物は石膏スラリーの凝固に影響しないため、酒石酸や、石膏スラリーの凝固の低下を示す既知であり産業で利用されている添加物等の、他のたわみ防止添加物と比較して、生産それ自体にさらに好ましい。
背景技術において述べたように、凝固石膏は軽量・高強度の利点を有し、建設業における石膏製品において幅広く用いられている。しかし、凝固石膏を主成分とする石膏製品は、高湿度にさらされるとたわみや沿面を生じる。この変形作用は石膏製品の外観に影響し、石膏製品の基準に合致することが不可能となる。
従来の石膏が変形耐性と安定性とに乏しいという問題を解決するために、本発明は組成物と該組成物からなる石膏製品、そしてその調製方法を提供する。本発明の組成物からなる石膏製品は、従来技術と比較して、有意に向上した変形耐性(特にたわみ耐性)を有する。
本発明の組成物は石膏と水と変形防止添加物とからなる。該変形防止添加物は、化学式1で示されるグループからなりカルボキシル基を含まない化合物からなる。化学式1で示されるグループは、開鎖(例えば−OHC=COH−CO−)、脂肪族環(例えば化学式9)、あるいは芳香族環(例えば化学式2)から選択される構造を含んでもよく、化合物の構造中におけるその性能は制限されない。該組成物における石膏は半水石膏(硫酸カルシウム半水和物)である。
具体的には、化学式1で示されるグループからなる化合物は、化学式2で示されるグループまたは化学式3で示されるグループからなるか、あるいは化学式4で示されるグループを有する化合物である。
より具体的には、化学式1で示されるグループからなる化合物は、好ましくは、アスコルビン酸(組織名:2,3,4,5,6−ペンタヒドロキシ−2−ヘキセン酸4−ラクトン)、タンニン酸(またはAcidum Tannicumと命名)、1,2,3−トリオキシベンゼン、その誘導体である。該アスコルビン酸はL−アスコルビン酸、D−アスコルビン酸、L−アラボアスコルビン酸およびD−アラボアスコルビン酸でありうる。
組成物における半水石膏に対する化学式1で示されるグループからなる化合物の質量比は0.01%〜5.0%の範囲内、好ましくは0.1%〜1.0%の範囲内である。
前記組成物から作られる石膏板の品質を向上するために、組成物がさらに、発泡剤と、分散剤と、促進剤と、糊とから選択される添加物を1つ以上含むものとしてもよい。該組成物の調製方法は、特定の比率の石膏粉と変形防止添加物との水との混合と、該混合物の撹拌とからなり、該変形防止添加物は、化学式1で示されるグループからなりカルボキシル基を含まない化合物である。こうして本発明の組成物が得られ、操作工程はシンプルであり大幅な産業的前進が可能である。
本発明はまた、前記の組成物から作られる石膏板を提供する。石膏製品の成分は特に、石膏と、糊と、発泡剤と、促進剤と、分散剤と、変形防止添加物とからなり、該変形防止添加物は、化学式1で示されるグループからなりカルボキシル基(−COOH)を含まない化合物である。最終石膏板における石膏は二水石膏である。
最終生産物を石膏板としてもよく、石膏板の周囲を、紙シートや高分子繊維および/またはグラスファイバーからなる不織マット等のライナーで被覆することで、特定の形状および用途を有する石膏製品を形成することができる。
石膏板の生産工程において、まず、石膏と、糊と、発泡剤と、促進剤と、分散剤と、化学式1で示されるグループからなりカルボキシル基を含まない化合物からなる変形防止添加物と、石膏板や漆喰製造の分野の当業者に知られている材料とを、水中で混合し、混合物を撹拌することでスラリーを形成し、該スラリーを典型的には、例えば紙シートのライナーに置き、さらなるライナーで被覆することで、スラリーが2つのライナーに挟まれる。このサンドイッチ構造はそれから1組の形成プレートまたはロールを通過し、これによって板の厚さが決定される。その後、該構造はコンベアーラインを通過し、漆喰のスラリーが水和し硬化するための時間が経過する。硬化した構造を切断して所望の長さの複数の板が供され、乾燥システムへと送られ過剰な水分が蒸発される。
前記本発明の目的、特徴および利点をより明瞭かつ理解を容易とするために、本発明の特定の実施例、そして本発明および既存の添加物を加えた石膏製品の例としてのたわみ耐性の試験の比較実験データを用いて、この発明の組成物と石膏製品、その調製方法、そして本発明によって得られる石膏製品の優れたたわみ耐性をさらに例証する。
本発明の完全な理解のために、さらに特定の詳細を以下の記述において述べる。しかし、本発明はここで述べる以外の手段によっても実施することができる。よって、本発明は以下の特定の実施例に限定されるように構成されるものではない。
I.実施例および比較例の調製工程は以下の通りである。
特定の量の添加物粉末(ここでの添加物は、単に表1に示される実施例および比較例における添加物である)と、500gの焼成硫酸カルシウム半水和物粉末とを、350gの水と混合し、混合物を15秒撹拌することで、それぞれ異なる混合物を含む複数のスラリーを生成する。
得られたスラリーを個別の型(全ての型は同一である)に注入し、12時間後に、それぞれ400×400×10mmの寸法を有する石膏板が調製される。成型された石膏板を取り外し、50〜70°Cで10〜15時間乾燥させ、続けて30〜50°Cで20〜30時間乾燥させることで、試験される異なる添加物に対応する複数の石膏板試料を生成する。たわみ耐性試験のために、温度20℃および相対湿度RH50%の条件で24時間を経てから、得られた石膏板を320×40×10mmに切断する。
II.たわみ耐性試験の工程。
試験環境は一定温度20±0.5℃、相対湿度RH93±3%である。
個々の石膏板を、間に300mmの距離がある3つの支持の上の水平位置に載置する。金属の荷重ブロック(その質量は下の表1に示す)を、石膏板の中央部に配置することで、たわみの進行を促進させる。24時間の期間の間、石膏板試料の中央部のたわみ距離を、レーザー変位計(型式:キーエンス IL−065)によって継続的に測定し、24時間後に個々の石膏板試料の最終たわみ距離を記録する。
例および比較例(従来技術からの添加物)における成分と、実施例および比較例の対応する石膏板の試験データとを、表1に示す。
結果の変数=24時間後のたわみ距離/載置したブロックの質量、この値が小さいほど石膏板サンプルのたわみ耐性が優れている。
添加物の含有量は、個々の試料中の添加物の質量/硫酸カルシウム半水和物の質量である。
III.試験結果の分析。前記の、異なる添加物を含む対応する石膏板試料のたわみ耐性の表から、以下のことがわかる。
化学式1で示されるグループ(これは例1試料1においてはアスコルビン酸、例1試料2においては1,2,3−トリオキシベンゼン(化学式8)、例1試料3においてはタンニン酸である)を添加物として有する化合物含む実施例の石膏板、および酒石酸と改質トリポリリン酸アルミニウムとを添加物として有する化合物を含む比較例の石膏板のたわみ耐性試験の後で、実施例における3つの試料の結果のパラメーターは、比較例のそれよりも有意に低いことが示される(パラメーターが低い方がより良好である)。酒石酸(化学式10)は、オルト“−OH”基を有するが“−C=C−”のグループを有しない。
表1によって、比較例における既存の石膏板試料に対する異なる添加物を含む対応する石膏板試料のたわみ耐性の試験のデータから、添加物として“−COH=COH−”のグループからなる化合物を含みカルボキシル基を含まない本発明の石膏板は、より良いたわみ耐性と安定性とを有することがわかる。特に、添加物としてアスコルビン酸を含む石膏板(例における試料1)のたわみ耐性は、添加物として改質トリポリリン酸アルミニウムを含むものの2.7倍(1.41/0.51=2.7)であり、添加物として酒石酸を含むものの2倍(1.01/0.51=2)である。
また、添加物としてアスコルビン酸を有する石膏板の特に良好なたわみ耐性に基づき、アスコルビルステアレートやアスコルビルパルミタート(それらの前駆体としてのアスコルビン酸と類似の構造を備える)を有する石膏板も、かなり良好なたわみ耐性を示す。
例1試料2(添加物として1,2,3−トリオキシベンゼンを有する)および例1試料2(添加物としてタンニン酸を有する)の石膏板のたわみ耐性は、添加物としてカルボキシアニオンからなる化合物を含むものよりも有意に良好である。
実験操作の便宜のために、0.175〜0.35gの促進剤を含む700gの焼成排煙脱硫石膏を混合することで、目標初期凝固時間を6〜7分とすることができる。やはり実験操作の便宜のために、3.811gの糊と異なる量のアスコルビン酸と、および3gの発泡剤と4.375〜7gの分散剤とを含む490gの水によって、目標展開を90〜100mmとすることができる。混合物を15秒撹拌することで、それぞれ異なる添加物を含む複数のスラリーが生成される。
得られたスラリーを型(全ての型は同一である)に注入する。スラリーを型に注入する前に裏打ち紙を型の中に配置し、スラリーを裏打ち紙の上に注ぐ。それから別の裏打ち紙を、型の中のスラリーの上面に配置し、上の裏打ち紙を押圧することで余分なスラリーを排出し、2枚の裏打ち紙の間でスラリーを硬化させ、2つの裏打ち紙を別々の表面に有する石膏板を生成する。型を取り外して石膏板を取り出し、それからオーブンに入れて、180℃で20分と、60℃で12時間と、40℃で24時間と、の3つの手順で順番に乾燥させることで、異なる量のアスコルビン酸を含む複数の石膏板試料を生成する。石膏板試料の成分は表2に示す。
石膏板試料を例1の試料の形状に切断し、異なる量のアスコルビン酸を含む石膏板のたわみ耐性の試験を、同じ方法によって同じ条件で行う。結果を表2に示す。
例1に記録されるように、既存の石膏製品と比較して、化学式1で示されるグループからなりカルボキシル基(−COOH)を含まない化合物をたわみ防止添加物として含む石膏製品は、たわみ耐性が有意に向上されており、化学式1で示されるグループを含む化合物と半水石膏との質量比が0.01%から5.0%の範囲である組成物から作られる石膏製品は、かなり良好なたわみ耐性を有し、ここで化学式1で示されるグループを含む化合物と半水石膏との質量比は0.1%〜1.0%であることが好ましい。
凝固時間へのアスコルビン酸の影響。
石膏板産業における既存の問題は、カルボン酸等の現在のたわみ防止添加物が石膏スラリーの凝固時間を増加させるということであり、それは製造ラインに有害に影響する。この問題を解決するためにさらなる促進剤を用いる必要があるが、それは製造コストを増加させる。異なる濃度のL−アスコルビン酸とL−酒石酸とを含む石膏スラリーの初期および最終凝固時間を表3に示す。凝固時間は、石膏板および漆喰生産の当業者に既知であるビカット機器を用いて測定された。L−酒石酸が石膏スラリーの凝固時間を有意に増加させたことが、表3に示される。対照的に、L−アスコルビン酸は凝固時間にほとんど影響しなかった。
本発明はまた、石膏製品における、たわみ防止添加物としてのアスコルビン酸の適用を提供する。アスコルビン酸を含む任意の形態のたわみ防止添加物、および石膏製品のたわみ防止における添加物の適用は、本発明の保護対象である。
ここで開示した好ましい実施例は、本発明を限定するものと解されてはならない。当業者には本発明の精神と範囲の中での変更が可能であり、本発明の保護範囲は請求項によって決定されるものである。

Claims (17)

  1. 石膏と変形防止添加物とからなる石膏板組成物であって、
    前記変形防止添加物は、アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体およびアスコルビン酸塩からなる群より選択される少なくとも一つの化合物を含み、
    前記変形防止添加物の前記石膏に対する質量百分率は、0.01%〜5.0%の範囲内である、組成物。
  2. 前記アスコルビン酸誘導体は、L−アスコルビル6−パルミタートおよびL−アスコルビルステアラートからなる群より選択される少なくとも一つを含む、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記アスコルビン酸塩は、アスコルビン酸カルシウムである、請求項1に記載の組成物。
  4. 石膏と変形防止添加物とからなる石膏板組成物であって、
    前記変形防止添加物は、アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体、アスコルビン酸塩および1,2,3−トリオキシベンゼンからなる群より選択され、
    前記変形防止添加物の前記石膏に対する質量百分率は、0.01%〜5.0%の範囲内である、組成物
  5. 石膏と変形防止添加物とからなる石膏板組成物であって、
    前記変形防止添加物は、1,2,3−トリオキシベンゼンであり、
    前記1,2,3−トリオキシベンゼンの前記石膏に対する質量百分率は、0.01%〜5.0%の範囲内である、組成物。
  6. 石膏粉および変形防止添加物の水との混合と、
    前記混合物の撹拌と、
    を含む、組成物の生成方法であって、
    前記変形防止添加物は、アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体およびアスコルビン酸塩からなる群より選択される少なくとも一つの化合物を含み、
    前記変形防止添加物の前記石膏粉に対する質量百分率は、0.01%〜5.0%の範囲
    内である、方法。
  7. 石膏と、糊と、分散剤と、促進剤と、変形防止添加物と、を含み、さらに任意で発泡剤を含む石膏板であって、
    前記変形防止添加物は、アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体およびアスコルビン酸塩からなる群より選択される少なくとも一つの化合物を含み、
    前記変形防止添加物の前記石膏に対する質量百分率は、0.01%〜5.0%の範囲内である、石膏板。
  8. 前記アスコルビン酸誘導体は、L−アスコルビル6−パルミタートおよびL−アスコルビルステアラートからなる群より選択される少なくとも一つを含む、請求項7に記載の石膏板。
  9. 前記アスコルビン酸塩は、アスコルビン酸カルシウムである、請求項7に記載の石膏板。
  10. ライナーによって包まれる石膏板である、請求項7に記載の石膏板。
  11. 前記ライナーは、紙シートや、高分子繊維および/またはグラスファイバーからなる不織マット等である、請求項10に記載の石膏板。
  12. 石膏と、糊と、分散剤と、促進剤と、変形防止添加物と、を含み、さらに任意で発泡剤を含む石膏板であって、
    前記変形防止添加物は、アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体、アスコルビン酸塩、および1,2,3−トリオキシベンゼンからなる群より選択される少なくとも一つの化合物を含み、
    前記変形防止添加物の前記石膏に対する質量百分率は、0.01%〜5.0%の範囲内である、石膏板。
  13. 石膏板の形成方法であって、
    石膏と、水と、糊と、促進剤と、分散剤と、変形防止添加物と、さらに任意で発泡剤と、の混合であって、前記変形防止添加物は、アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体およびアスコルビン酸塩からなる群より選択される少なくとも一つの化合物を含み、前記変形防止添加物の前記石膏に対する質量百分率は、0.01%〜5.0%の範囲内であるものと、
    前記混合した物の撹拌によるスラリーの形成と、
    2つのライナーの間への前記スラリーの配設によるサンドイッチ構造体の形成と、
    前記サンドイッチ構造体からの一次板の形成と、
    硬化工程後に前記一次板を切断して所望の長さを有する複数の二次板とすることと、
    前記複数の二次板の乾燥による過剰な水分の蒸発と、
    を含む、方法。
  14. 前記アスコルビン酸誘導体は、L−アスコルビル6−パルミタートおよびL−アスコルビルステアラートからなる群より選択される少なくとも一つを含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記アスコルビン酸塩は、アスコルビン酸カルシウムである、請求項13に記載の方法。
  16. 石膏板の形成方法であって、
    石膏と、水と、糊と、促進剤と、分散剤と、変形防止添加物と、さらに任意で発泡剤と、の混合であって、前記変形防止添加物は、アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体、アスコルビン酸塩、および1,2,3−トリオキシベンゼンからなる群より選択される少なくとも一つの化合物を含み、前記変形防止添加物の前記石膏に対する質量百分率は、0.01%〜5.0%の範囲内であるものと、
    前記混合した物の撹拌によるスラリーの形成と、
    2つのライナーの間への前記スラリーの配設によるサンドイッチ構造体の形成と、
    前記サンドイッチ構造体からの一次板の形成と、
    硬化工程後に前記一次板を切断して所望の長さを有する複数の二次板とすることと、
    前記複数の二次板の乾燥による過剰な水分の蒸発と、
    を含む、方法。
  17. アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体およびアスコルビン酸塩からなる群より選択される少なくとも一つの化合物の使用であって、
    前記化合物は、石膏製品における変形防止添加物であり、
    該変形防止添加物の前記石膏に対する質量百分率は、0.01%〜5.0%の範囲内であるもの
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