在其中将嵌板用来形成房间、升降机井、楼梯间、天花板等的隔墙或 墙壁的建筑物的制造中，已经将包含夹入在两片覆饰之间的凝固石膏的芯 的石膏墙板的嵌板作为结构元件使用了很长时间。
为了减轻或克服涉及在预期出现潮湿暴露的应用领域中使纸饰面石 膏墙板的问题，多年来现有技术以多种方式已经接近了该问题。
解决问题的一种方法是用有时称为耐水剂的防止水材料处理包含墙 板饰面纸。聚乙烯乳化液是用来处理纸饰面材料的一个实例，以赋予防水 性能。设计这种处理，通过减少纸张吸水的倾向，以阻止多层纸饰面分层， 吸水是导致分层的主要原因，并且防止水通过水渗透进入石膏并且防止水 破坏纸饰面和石膏芯之间的粘结。
解决问题的另一种方法包括：将一种材料结合在配方中，由所述的配 方制备石膏芯，所述的材料起着赋予凝固石膏芯本身改进的防水性能的作 用。这种添加剂倾向降低芯的吸水趋势和降低凝固石膏的溶解特性。这种 添加剂的实例是蜡-沥青乳化液和蜡乳化液。
虽然通过提供根据这些教导制备的石膏墙板，已经实现了改进，但是 进一步改善仍然是可能的。经验表明：即使由这样的构造，纸饰面也分层 并且石膏芯也通过潮湿的降解作用而侵蚀。通过温水作用于石膏芯，特别 恶化了这个问题，所述的石膏芯包括通常作为防水芯添加剂使用的蜡乳化 液或蜡-沥青乳化液。虽然在室温下，在水的存在下，包含这种材料的芯具 有相当良好的防水性能，但是这种性能在超过70°F的温度下开始下降， 并且在约100°F或更高温度的水的存在下，倾向于消失。
在另一种商业上成功的方法中，提供一种包含夹在两个多孔纤维毯片 之间的防水凝固石膏芯的结构嵌板，参见美国专利4,647,496。毯片的优选 形式描述为由以随机图案定向的并且用树脂结合剂结合的纤维玻璃细丝 形成的玻璃纤维毯片。这种嵌板与传统的石膏墙板的不同在于：纤维毯片 代替作为石膏芯的一种或多种饰面材料的纸。在这种构造中，来自芯的凝 固石膏延伸至少部分路线进入纤维毯片饰面(facer)，以在石膏和毯片之间 形成整体连接物/粘接。
深入细致的室外试验已经表明：在上面所述′496专利所述类型的玻璃 毯片饰面的、防水石膏板与用防水纸饰面包覆的防水石膏板相比，具有好 得多的耐候特性，包括防水特性。在该技术最近改进之一中，如美国专利 5,397,631中所述，用乳胶聚合物涂布的纤维毯片饰面石膏板。该涂层，其 起着液体和蒸汽阻挡层(约1.2perms(ASTM E-96)蒸汽渗透)作用，由包含 约15至约35重量％的树脂固体、约20至约65重量％的填料和约15至约 45重量％的水的水性涂层组合物形成，进行涂布，得到固体负载至少为约 50英磅每1000平方英尺，例如约110英磅每1000平方英尺。根据该专利 优选使用的树脂是乳胶聚合物，其已经由Unocal Chemicals Division of Unocal Corporation以标记76RES 1018出售。该树脂是成膜温度相对低的 苯乙烯-丙烯酸共聚物。直到石膏板已经制备之后，才将由树脂形成的水性 涂层组合物涂布到石膏板的纤维毯片的饰面上。在约300至400°F的炉温 下，有效干燥后涂布的涂层。如果需要，可以使用凝结剂，以降低树脂成 膜温度。
最近，开发了一种涂布纤维毯片饰面石膏板，具有令人惊奇地有效耐 潮湿性，其在毯片上具有主要是无机的涂层，参见美国专利公开申请 20020155282，其通过参考结合在此。用主要是无机的涂层预涂布用来制 备石膏板的毯片，并且在石膏板的生产中，使用预涂布纤维毯片作为至少 一个饰面。令人惊奇的是，在该板的生产中，预涂布毯片上的涂层具有足 够多的孔隙，以允许水蒸汽通过毯片渗透，但是提供了具有意想不到的有 效耐潮湿性。使用预涂布的毯片生产该板显著地简化了该板的生产。该涂 层包含矿物颜料(着色填料材料)、无机结合剂和乳胶聚合物结合剂。具体 而言，该涂层包含：矿物颜料的干燥(或固化)的水性混合物；聚合物乳胶 粘合剂的第一结合剂和无机粘合剂的第二结合剂。基于干重量计，第一聚 合物乳胶结合剂占涂层的不超过约5.0重量％，第二无机结合剂占涂层总 重量的至少约0.5重量％。
优选第二无机结合剂包含：无机化合物例如氧化钙、硅酸钙、氯氧化 镁、含氧硫酸镁或氢氧化铝。在一个实施方案中，第二粘合剂作为矿物颜 料中的固有组分存在，如在矿物颜料包括三水合铝、碳酸钙、硫酸钙、氧 化镁或一些泥土和砂子的情况下。在涂层中的矿物颜料与聚合物乳胶粘合 剂重量比通常超过15∶1。
在该板构造中确定使用的聚合物乳胶粘合剂包括：苯乙烯-丁二烯-橡 胶(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、乙烯-氯乙烯(EVCI)、聚偏1，1- 二氯乙烯(PVdC)、改性聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVOH)、乙烯-乙酸 乙烯酯(EVA)和聚乙酸乙烯酯(PVA)。该板构造的商用实施方案中使用的聚 合物乳胶是苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)乳胶。
虽然根据这些教导制备的板表明具有优异耐水性，用于内部应用领域， 但是该板在外面应用领域中不能满意地表面。因而，在长期暴露试验后， 然后确定由UV暴露的SBR树脂的分解导致该板外部性能差。
附图说明
通过下面本发明的确定的实施方案的更详细描述和如附图中的图示， 本发明的目的、特征和优点将会清晰。附图是高度示意的，并且不必成比 例的，重点放在对本发明特征的解释。
唯一的附图，附图1所示为制备本发明的石膏板和在其上装配该板的 装置的高度示意图。
发明详述
如图1所示，通过用至少一个，优选两个纤维毯片，14和16，优选 两个主要是玻璃纤维毯片，将凝固石膏板芯23缠住，可以制造本发明的 耐潮湿结构嵌板10。至少一个毯片(任选两个毯片)的表面已经用水性涂层 组合物的干燥(热固化)的涂层(唯一的附图中由数字15表示)预涂布，所述 的水性涂层组合物包含下列物质的混合物(例如，混合物)：矿物颜料或填 料、具有适宜疏水性水平的耐UV聚合物乳胶粘合剂的有机结合剂(疏水、 耐UV聚合物乳胶)，和任选的无机粘合剂的第二结合剂。″预涂布″是指毯 片具有干燥的、起源于水性涂层组合物的固有涂层，所述的水性涂层组合 物以下将更详细地定义，在使用毯片之前涂布到它的外面，以制备本发明 的石膏板。
不是所有的耐UV聚合物乳胶粘合剂适宜用于本发明。除非聚合物粘 合剂显示满意水平的疏水性，如通过容易进行的试验所确定的，所述的试 验在下面详细地描述，并且还提供，通过结合矿物颜料或填料与任选的无 机粘合剂，在下面引用的使用量下的需要水平的孔隙率，所述的使用量也 是由容易进行的试验确定的，所述的试验在下面详细地描述，聚合物粘合 剂不适宜用于本发明的涂层组合物，用于制备预涂布的纤维毯片。
正如在说明书和权利要求书中使用的，术语疏水的、疏水性等意指包 含这样的聚合物，所述的聚合物在如下详述的确定Cobb值的试验中，产 生低于约1.5克，优选低于约0.5克的三分钟Cobb值(three minute Cobb value)。
在任何情况下，在制备本发明的石膏板中使用的预涂布纤维毯片可以 通过向纤维毯片涂布包含所述的固体组分的水性涂层组合物来制备，所述 的水性涂层组合物按干重量计的量等于至少约40英磅，更优选为约45英 磅至1000英磅每1000平方英尺的毯片。通常，根据玻璃纤维毯片的厚度， 干燥涂层的存在量等于至少约50英磅。
申请人已经发现某些具有适宜疏水性的耐UV聚合物乳胶树脂，并且 已经确定这些树脂可以用于制备预涂布纤维毯片，所述的预涂布纤维毯片 可以最终用于制备改进的石膏嵌板，所述的改进的石膏嵌板可以特别用于 外面应用领域。非常令人惊奇的是，申请人已经观察到：用通过使用在确 定组成限制内的这种疏水性、耐UV乳胶树脂(聚合物)制备的组合物涂布 的毯片，具有足够多的孔隙，被用于制备根据本发明的石膏板，并且观察 到：这种预涂布纤维毯片得到具有优越耐候性能的石膏板。
优选的石膏板的芯还优选包括防水添加剂，并且涂布的毯片饰面板的 重量等于不超过约2500英磅每1000平方英尺的板表面积(对于1/2″板)。
用本发明的预涂布纤维毯片制备的石膏板具有优良的耐候性能，因 而，在包括延长暴露于太阳、延长的与水接触和高湿度的室外应用中，可 以作为稳定基材有效地无限期使用。
除了提供高湿度条件下的改进性能外，通过在毯片上主要是无机涂 层，也特别提高了本发明的玻璃纤维毯片饰面石膏板的耐火性。
本发明的耐潮湿结构嵌板的石膏芯基本上是那些在石膏结构产品中 使用的类型，其是已知的石膏墙板、清水墙、石膏板、石膏板条和石膏盖 板。这种产品的芯是通过下面的方法形成的：将水与粉末无水硫酸钙或半 水合硫酸钙(CaSO4·1/2H2O)，也称为烧石膏混合，形成水性石膏浆液，然 后，使浆液混合物化合或凝固成为二水合硫酸钙(CaSO4·H2O)，一种相当 硬的材料。该产品的芯通常可以包含至少约85重量％的凝固石膏，虽然本 发明不受芯中石膏任何具体含量的限制。
用于制备结构嵌板的凝固石膏芯的组合物可以包括各种任选的添加 剂，包括例如在传统石膏板中包括的那些。这种添加剂的实例包括：凝固 促进剂、凝固迟滞剂、发泡剂、强化纤维和分散剂。
本发明的优选石膏芯还包括一种或多种添加剂，所述的添加剂改进芯 的防水性能。具体而言，本发明中使用的涂布纤维饰面石膏板优选包含具 有防水性能的石膏芯。用于赋予石膏芯防水性能的优选方法是：在用于制 备芯的石膏组合物中包括一种或多种添加剂，所述的添加剂改善凝固石膏 组合物耐通过水而分解的能力，例如耐溶解的能力。
已经报道作为对改进石膏产品的防水性能有效的材料的实例是：聚(乙 烯醇)，有或没有少量的聚(乙酸乙烯酯)；树脂酸金属盐；蜡或沥青或它们 的混合物，通常作为乳化液供给；蜡和/或沥青以及矢车菊和高锰酸钾的混 合物；水不溶性热塑性有机材料和树脂例如石油和天然沥青、煤焦油和热 塑性合成树脂例如聚(乙酸乙烯酯)、聚(氯乙烯)和乙酸乙烯酯和氯乙烯的共 聚物，以及丙烯酸树脂；金属松香皂、水溶性碱土金属盐和残余燃料油的 混合物；乳化液形式的石油蜡和残余燃料油、松焦油或煤焦油的混合物； 包含残余燃料油和松香的混合物；芳族异氰酸酯和二异氰酸酯；有机多分 子硅醚，例如在美国专利3,455,710、3,623,895、4,136,687、4,447,498和 4,643,771中涉及的类型；硅酸盐(siliconates)，例如获自Dow Coming的 Dow Coming 772；蜡乳化液和蜡-沥青乳化液，每种有或没有这类材料例 如硫酸钾、碱金属和碱土金属铝酸盐，和卜特兰水泥；蜡-沥青乳化液，其 是通过向熔融蜡和沥青的掺混物中加入油溶性、水分散乳化剂，用上述与 溶液混合，所述的溶液包含作为分散剂的聚芳基亚甲基缩合产物的碱金属 磺酸盐而制备的。还可以采用这些添加剂的混合物。
例如，还可以将一种或多种材料，即上面所述类型的聚(乙烯醇)、硅 酸盐、蜡乳化液和蜡-沥青乳化液的混合物，用来改进石膏产品的防水性， 例如如上面所述的美国专利3,935,021所述，该专利以其全部内容结合在 此。
典型地，纤维毯片饰面石膏板的芯的密度为约40至约55英磅每立方 英尺，更通常为约46至约50英磅每立方英尺。当然，如果需要，在特殊 的应用领域，可以使用具有更高密度和更低密度的芯。通过使用已知的技 术，例如，通过用于形成芯的水性石膏浆液中引入适量的泡沫(肥皂)或通 过成型，可以完成具有预定密度的芯的生产。
根据本发明，用预涂布纤维毯片对石膏板的芯的至少一个表面进行饰 面。在试验的基础上，申请人已经确定：纤维毯片的涂层基本上不受液态 水的影响。令人惊奇的是，涂层有足够多的孔隙，以使用于制备石膏芯的 水性石膏浆液中的水在板的生产期间以它的蒸汽态通过该孔隙蒸发。如 此，预先制备(预涂布)涂布的毯片，并且将其用于制备毯片饰面石膏板。
如众所周知的，通过形成包含过量水的水性石膏浆液，并且在预涂布 纤维毯片的水平定向的移动网上放置石膏浆液，其中定向涂布毯片表面， 以避开沉积的石膏浆液，可以有效地制备预涂布纤维毯片饰面石膏板。在 一个优选实施方案中，然后将纤维毯片的另一个移动网，其也可以是任选 的预涂布纤维毯片，但是例如也可以是玻璃毯片，由玻璃和合成纤维的掺 混物制备的毯片，或预处理过的毯片，放置在水石膏浆液的上自由表面上。 通过加热帮助，过量的水通过预涂布毯片随着烧石膏水合和凝固而蒸发。
纤维毯片包括能够与包含石膏板芯的凝固石膏通过纤维毯片的间隙 和填充这些间隙的部分之间的机械状联锁而形成强结合的纤维材料。这种 纤维材料的实例包括：(1)矿物类材料例如玻璃纤维，(2)合成树脂纤维和(3) 它们的混合物或掺混物。玻璃纤维毯片优选用于制备预涂布毯片。毯片可 以包含连续或不连续的丝束或纤维，并且可以是机织或非机织形式。可以 满意地使用非机织毯片，例如由切短纤维和连续丝束，并且比机织材料花 费更少。这些毯片的丝束典型地通过适宜的粘合剂粘结形成整体结构。纤 维毯片的厚度可以变化，例如为约10至约40密耳，其中毯片的厚度为约 15至约35密耳通常是合适的。上面所述的纤维毯片是已知的，并且许多 形式可以商购。
用于制备在本发明中使用的预涂布毯片的一种适宜的纤维毯片是纤 维玻璃毯片，其包括切短、非机织、以随机图案定向并用树脂结合剂粘结 在一起的纤维玻璃细丝，树脂结合剂典型的是尿素-甲醛树脂粘合剂。这种 类型的纤维玻璃毯片可以商购，例如由Manville Building Materials Corporation以商标DURA-GLASS出售的那些和由Elk Corporation以BUR 已经出售的那些，或木瓦毯片。这样的毯片的实例，其可以用于制备涂布 毯片，所述的涂布毯片用于制备可以用于结构建筑应用领域中的石膏板， 标称厚度为33密耳，并且结合有直径为约13至16微米的玻璃纤维。由 标称13微米的纤维(毯片7594)制备的Johns Manville毯片是适宜的。虽然 某些结构应用领域可以利用更厚的毯片和更厚的纤维，但是标称厚度为20 密耳的玻璃纤维，其包括直径约10微米的玻璃纤维，也可以适宜地用于 本发明。适宜用于制备可以用于本发明的涂布毯片的毯片具有基重，通常 为约10至30英磅每1000平方英尺的毯片表面积。
典型地，但是非排它性地，将玻璃纤维毯片在长网造纸机型机器上湿 式形成为连续的任何可使用宽度的非机织网，所述的玻璃纤维毯片用作在 本发明中使用的预涂布毯片的基础基材。优选地，使用的是向上倾斜线， 具有敷设的极稀原料的几条线性底部，接着对几条线性底部进行高真空除 水。这是通过“幕涂布机”进行的，其涂布玻璃纤维结合剂，并且用烘箱 去除过量的水和固化粘合剂，以形成粘接的毯片结构。
涂层组合物，其被涂布到用于制备本发明中使用的预涂布毯片的上述 纤维毯片的一个自由表面，包含以下物质的水性混合物：主要的是矿物颜 料或填料；疏水性、耐UV聚合物乳胶粘合剂的有机结合剂；和任选的无 机粘合剂的第二无机结合剂。按两种基本组分(100％)的干重量计，有机结 合剂占至少约1重量％和不超过约17重量％，而余量是无机的、矿物颜料 或填料。任选地，可以存在第二无机结合剂，其优选占含干燥(固化)涂层 总重量的至少约0.5重量％，但是不超过该涂层的约20重量％。矿物颜料 或填料与聚合物乳胶粘合剂(有机)结合剂的重量比率可以超过15∶1，并且 有些情况下，可以超过20∶1，但是通常至少为约5∶1。
因此，用于制备可以用于本发明的预涂布毯片的适宜涂层组合物可以 包括，按三种所述的组分的干重量(100％)计，约75至99％的矿物颜料或 填料，更通常约83至95％的矿物颜料或填料，约0至20％的无机粘合剂， 更通常约0至10％的无机粘合剂，和约1至17％的疏水性、耐UV聚合物 乳胶粘合剂(有机结合剂)，更通常约1至12％。
除了两种基本和一种任选的组分外，水性涂层组合物还将包括足量的 水，以提供组合物需要的流变学性能(例如，粘度)，这对于保留在表面上 和在纤维毯片的间隙内的组合物所选择的施用形式是适宜的，并且包括其 它任选成分例如着色剂(例如，颜料)、增稠剂或流变控制剂、消泡剂、分 散剂和防腐剂。当使用时，在涂层组合物中的这些其它组分的总量典型为 三种所述组分的0.1至5％，通常不超过约2％。
可以将任何适宜向纤维毯片基材涂布水性涂层组合物的方法用于制 备预涂布毯片，例如辊涂、幕涂、刮刀涂布、喷涂等，包括这些方法的组 合。在向毯片组合物中涂布水性涂层组合物之后，干燥(固化)所述的组合 物，通常通过加热形成预涂布毯片。根据这些教导制备的预涂布毯片是不 渗透液体的，但是水蒸汽可以通过。事实上，本发明令人惊奇的方面在于， 使用本发明的涂层组合物，即，具有作为一种基本组分的疏水性、耐UV 聚合物乳胶粘合剂而制备的预涂布毯片，具有足够的孔隙，以用于通过连 续方法制备石膏板。
如上所述，矿物颜料或填料占涂层组合物的主要组分。适宜用于制备 可以用于本发明的涂布毯片的矿物颜料的实例包括但不限于：重质碳酸钙 (碳酸钙)、泥土、砂、云母、滑石、石膏(二水合硫酸钙)、三水合铝(ATH)、 氧化锑或这些物质中的任何两种或多种的混合物。
通常提供颗粒形式的矿物颜料。作为用于制备本发明使用的涂布毯片 的有效矿物颜料，颜料的粒子尺寸应当是这样的，颜料粒子的至少约95％ 通过100目的网筛。优选地，颜料的如果不是全部，大多数的微粒被去除。 已经观察到的是，在涂层组合物中过量的微粒的存在对预涂布毯片的孔隙 率具有负面影响。优选的矿物颜料是平均粒子尺寸为约40μm的石灰石。 这些材料统一和单独地备选称为矿物颜料，或在本申请的剩余部分称为 “填料”。
第二基本要素，疏水性、耐UV、聚合物乳胶结合剂粘合剂包括但不 限于：含有丙烯酸、甲基丙烯酸(一起称为(甲基)丙烯酸)、它们的酯(一起 称为(甲基)丙烯酸酯)或丙烯腈单元的聚合物和共聚物。
通常，通过烯式不饱和单体的乳液聚合，来制备这些乳胶。这些单体 可以包括：(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯、 (甲基)丙烯酸2-羟丁酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙 烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯 (amyl(meth)acrylate)、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔-丁酯、(甲基) 丙烯酸戊酯(pentyl(meth)acrylate)、(甲基)丙烯酸异戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、 (甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯 酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸异癸 酯、(甲基)丙烯酸十一烷酯、(甲基)丙烯酸十二烷酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、 (甲基)丙烯酸十八烷酯、(甲基)丙烯酸硬脂基酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、 (甲基)丙烯酸丁氧基乙酯、乙氧基二甘醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸苄 酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、聚乙二醇单(甲基)丙 烯酸酯、聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯、甲氧基乙二醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧 基乙氧基乙基(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚 丙二醇(甲基)丙烯酸酯、二环戊二烯(甲基)丙烯酸酯、二环戊基(甲基)丙烯 酸酯、三环癸基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯和(甲基)丙烯酸冰 片酯。可以与(甲基)丙烯酸单体共聚合的其它单体，通常少量，包括苯乙 烯、双丙酮(甲基)丙烯酰胺、异丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙烯基吡 咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、叔-辛基(甲基) 丙烯酰胺、N，N-二乙基(甲基)丙烯酰胺、N，N′-二甲基-氨基丙基(甲基)丙烯 酰胺、(甲基)丙烯酰氧基吗啉；乙烯基醚例如羟丁基乙烯基醚、月桂基乙 烯基醚、鲸蜡基乙烯基醚和2-乙基己基乙烯基醚；马来酸酯；富马酸酯； 和类似的化合物。
优选疏水性、耐UV聚合物乳胶结合剂粘合剂基于(甲基)丙烯酸酯聚 合物乳胶，其中(甲基)丙烯酸酯聚合物是低级烷酯，例如，丙烯酸和/或甲 基丙烯酸的甲酯、乙酯或丁酯，并且还可以使用这些酯与少量的其它烯式 不饱和可共聚合单体(例如苯乙烯)的共聚物，其在本领域是已知，适宜于 制备耐UV(甲基)丙烯酸酯聚合物乳胶。另一种适宜的共聚用单体是乙酸 乙烯酯，其可以用作例如与丙烯酸丁酯的共聚用单体，乙酸乙烯酯与丙烯 酸丁酯的比例为70/30或以下。
另一种特别有用的疏水性、耐UV聚合物乳胶结合剂粘合剂是 NeoCarAcrylic 820。NeoCarAcrylic 820是超细粒子尺寸，疏水性乳胶， 获自Dow Chemical Company，并且显然是由高支化乙烯基酯与丙烯酸酯 共聚合而制备的。其它适宜的疏水性、耐UV聚合物乳胶结合剂粘合剂包 括：GlascolC37和GlascolC44，获自Ciba Specialties Chemical Corporation；RhoplexAC-1034，获自Rohm & Haas和UCAR626，获自 Dow Chemical Company。
至于在整个说明书和在权利要求书中使用的，术语疏水性、疏水性等 旨在包含UV抗聚合物，其对于预涂布纤维毯片，得到的三(3)细微Cobb 值低于约1.5克。具有的三(3)细微Cobb值低于1.5克的抗UV聚合物特别 适宜用于制备预涂布纤维毯片。树脂的三分钟Cobb值是由与TAPPI程序 T441相似的简单程序确定的。根据该程序，涂布的试验毯片是通过用水 性涂层配方涂布标准玻璃，并且在230°F.(110℃.)下干燥20分钟而制备的。 涂层配方是通过混合70重量份的平均粒子尺寸为约40μm的石灰石 (GFP 102，获自Global Stone Filler Products，或等价物)与17重量份(按干 固体计)的乳胶树脂和完全混合30秒而制备的。使用简单的刀形涂抹器， 将水性配方涂布到毯片上，得到在玻璃毯片(标准玻璃毯片-John Manville 毯片7594或等价物)上按干重量计约22克的涂层每平方英尺。
得到5.25英寸×5.25英寸平方的涂布毯片样品，称重，然后固定在 100cm2的Cobb环状物中。尽可能快地将100毫升的温(120°F.(49℃.))水倒 入环状物中，并且在那里保留2分钟50秒。然后，尽可能快地将水从环 状物中倒出(没有接触样品的任何其它部分)。在三分钟标记处，将Couch 辊与具有污点的纸(向前和向后卷曲一次)张一起使用，以去除样品中的过 量湿气。然后称重样品，记录重量的增加。重复该试验一次，将两次重量 增加的平均值认为是该样品的三分钟Cobb值。再次，在该试验中的只有 显示三分钟Cobb值为1.5克或以下的抗UV乳胶树脂的适宜用于本发明。
如上所述，当在制备预涂布玻璃毯片的过程中与矿物填料组合使用 时，乳胶树脂还必须满足一定水平的孔隙率。用与上面所述的方式制备的 相同涂布毯片样品，进行孔隙率试验。孔隙率试验是TAPPI T460程序的 修改，用于测量纸张空气阻力的Gurley方法。在该程序中，在Gurley Densometer，Model 4110的1平方英寸的孔板之间夹住涂布毯片样品(约2 英寸×5英寸)。松开内筒，允许只在它的自身重量(即仅重力)下落，记录装 置的内筒进入外筒的瞬间直到内筒的100ml标记达到(进入)外筒所消逝的 时间(按秒测量)。然后，用在相反的方向面向(定向)的样品重复该试验。用 秒记录的孔隙率包含每个样品两次重复的平均。适宜的树脂显示孔隙率低 于约45秒，优选低于约20秒。在高于约45秒的孔隙率下，涂布的毯片- 石膏芯界面由于水蒸汽在该板固化期间寻找逃跑的路径而存在分层(即水 泡形成)的更高的风险。优选地，孔隙率还大于约2秒，以便在板生产期间 使石膏渗胶最小化。
涂层组合物的任选组分是无机粘合剂结合剂。在用于制备可以用于本 发明中的预涂布纤维毯片的涂层组合物中，可以与聚合物粘合剂乳胶结合 剂组合使用的无机粘合剂结合剂的实例包括但不限于下列：氧化钙、硅酸 钙、硫酸钙(无水或半水合物)、氯氧化镁、含氧硫酸镁和某些第IIA族元 素(碱土金属)的其它复合无机结合剂，以及氢氧化铝。
复合无机结合剂的一个实例是普通卜特兰水泥，其是各种钙-铝硅酸更 加的混合物。但是，卜特兰水泥通过水合作用而固化，其可以产生具有短 贮存期限的涂层混合物。此外，镁的氯氧化物和含氧硫酸盐都是复合无机 结合剂，其通过水合作用而固化。用这种无机粘合剂结合剂制备的涂层配 方必须尽快使用，或含有该水性涂层组合物的容器在短时间内凝固。
镁的氧氯化物或含氧硫酸盐、氢氧化铝和硅酸钙仅微溶于水，并且是 本发明有用的任选无机粘合剂结合剂。可以迅速溶解在水中的无机粘合剂 结合剂，例如硅酸钠，不能用于期望在热和/或高湿度的周围条件下长期暴 露的涂层中。一种优选的用于制备可以用于本发明涂布毯片的无机粘合剂 结合剂是生石灰(CaO)。生石灰在涂层混合中不水合，但是，通过使用来 自空气的二氧化碳，而通过慢慢地转变为石灰而固化。生石灰不(或仅极少 量地)溶于水。
可以将本身含有某些天然出现的无机粘合剂结合剂的无机颜料或填 料材料用来制备，且通常优选用于制备本发明中使用的涂层毯片。这种填 料的实例，某些与天然出现的结合剂一起列出的，包括(但不限于)下列： 含生石灰(CaO)的石灰石、含硅酸钙的粘土、含硅酸钙的砂、含氢氧化铝 的三水化铝、粘性飞灰和含硫酸镁或氯化镁或含硫酸镁和氯化镁的氧化 镁。根据它的水合程度，石膏可以是矿物颜料和无机粘合剂结合剂，但是 它仅微溶于水，固体形式是可以使它易脆的晶体，并且作为结合剂是不牢 固的。结果，通常不优选石膏用作任选的无机粘合剂结合剂。
填料，其本身包括无机粘合剂结合剂作为成分，并且其通过水合作用 而固化，还有利地起到阻燃剂的作用。作为实例，三水合铝(ATH)、硫酸 钙(石膏)以及镁的氧氯化物和含氧硫酸盐都携带结合进入它们的分子结构 中的水分子。该水，或者称为结晶水或水合水，依靠充分的加热而释出， 实际上抑制了燃烧。
因此，具有前段描述的那些的性能的低成本无机矿物颜料和填料可以 为涂层混合物提供三(3)种重要的贡献：填料、结合剂和阻燃剂。
为了使预涂布毯片在制备本发明的涂布毯片饰面石膏板中最有用的， 优选将涂布毯片卷曲成为连续薄片的卷形物。结果，涂布毯片不可能如此 硬和脆，以至于它由于弯曲而断裂。为实现这个目标，看来毯片涂层的无 机粘合剂结合剂的含量，当在配方中存在时，不应当超过涂层总干重量的 约20重量％，且通常不低于约10％。由Atlas Roofing Corporation 50 3/4英 寸的Gold、Coated Glass Facer(CGF)，得到了适宜用于制备本发明的涂布 毯片饰面石膏板的涂布玻璃纤维毯片的卷形物。
在优选实施方案中，涂布至纤维毯片表面的水性涂层组合物的量和粘 度应当足够将毯片表面基本上完全包埋于涂层，以达到基于视觉检验(即没 有放大)，基本上看不见纤维通过干燥后的涂层突出出来的程度。此外，水 性涂层组合物将至少部分渗透到纤维毯片的间隙中。涂层的需要量取决于 毯片的厚度。使用标称厚度为33密耳的玻璃纤维毯片(使用约16微米的纤 维制成)，当干燥时，涂层量应当等于至少约40英磅，优选约50英磅每 1000平方英尺的毯片表面积；使用标称厚度为20密耳的玻璃纤维毯片(使 用约10微米的纤维制成)，可以使用更少的涂层量。虽然在具体情况下， 可以使用更高或更低的涂层量，但是相信，对于大多数的应用领域，涂层 量将落入约50英磅至约120英磅每1000平方英尺的毯片(以干燥固体计) 的范围。在特别优选的形式下，向标称13微米纤维的33密耳毯片涂布， 干燥涂层应当称重为约45至约60每1000平方英尺的板。
至于涂层的厚度，难以测量该厚度，原因在于其上涂布涂层的纤维毯 片基材的不均匀特性。按大致估计(in rough terms)，涂层厚度通常应当至 少为约6密耳，但是当玻璃纤维相对薄朋涂层充分地干燥时，薄至3密耳 的涂层可能有时足够。总之，厚度通常不需要超过约30-40密耳。
可以通过任何适宜的方法例如喷、刷、幕涂、刮刀、辊涂及它们的组 合，将涂层组合物涂布至纤维毯片上，其辊涂通常是优选的。涂布的湿(水 性)组合物的量可以在大范围内变化。认为，水性涂层组合物，在约70或 100至约150或180英磅的水性涂层组合物每1000平方英尺的毯片的量将 满足大多数的应用领域。
一旦涂布至纤维毯片的表面上，干燥水性涂层组合物，典型的在干燥 烘箱中干燥，干燥的温度和时间足以从涂层组合物中去除水和疏水性、耐 UV聚合物乳胶结合剂接合，形成粘合涂层，而不使涂层或毯片退化。由 所使用的装置，将极大影响适宜的温度和时间，并且本领域的技术人员使 用常规试验可以得到适宜的温度和时间。
利用如图1所示的现存的用于石膏板的生产线，可以明制备本发包含 预涂布纤维毯片饰面石膏板的耐潮湿结构嵌板。在传统方式中，将用于形 成石膏芯的干组分预混合，然后进料进入通常称为针式混合器20类型的 混合器。对进入针式混合器中，用于制备芯的水和其它液体成分例如皂进 行进行计量，在针式混合器中，它们与需要的干燥组分混合以形成水性石 膏浆液。通常向针式混合器的浆液中加入泡沫(皂)，以控制得到的芯的密 度。
将石膏浆液从混合器中通过一个或多个出口分散在移动薄片(纤维毯 片)16上，其长度是无限的，并且从其卷形物向网架21上进料，并且通过 输送机22推进。薄片16包括涂层15，通过涂层，构成进料到网架上的薄 片的底表面。如上所述，涂层包含下列物质的干燥水性混合物：矿物颜料； 包含疏水性、耐UV聚合物乳胶粘合剂的有机结合剂；和任选的包含无机 粘合剂的第二结合剂。
石膏浆液的一股可以通过出口17放出，以在薄片16的非涂布表面上 提供水性烧石膏浆液的相对薄层18。石膏浆液的薄层18比用于形成石膏 板芯的主要部分(通过出口19放出的主要芯浆液，以形成石膏浆液层23) 的石膏水性浆液更稠密。芯的更密集区域渗透进入纤维毯片的间隙，并且 有助于在芯的低密度部分与预涂布毯片的饰面之间形成强结合力。典型 地，用于形成薄层(18)的浆液比用于形成芯的主要部分的浆液(23)的密度更 稠密约18-20％。
在该举例说明的实施方案中，薄片16因此形成石膏板的饰面片之一。 在优选的形式中，该板是根据本发明可以使用的如上所述类型的预涂层纤 维毯片。如上所述，进料预涂布毯片，其中涂布层避开石膏浆液。浆液(优 选更稠密的18)充分渗透进入并且穿过在毯片后面或非涂层面上的预涂布 玻璃毯片的厚度，以凝固后的石膏、纤维毯片和事先涂布在纤维毯片上干 燥的固有涂层之间形成结合力。因此，通过凝固，在凝固石膏和预涂布纤 维毯片之间形成强烈的固有结合力。部分由于毯片上的表面上的涂层，浆 液没有完全通过毯片渗透。
如传统饰面石膏板的生产中的通常实践，薄片16的两个相对的边缘 部分从其中间平面向上逐渐弯曲，然后在边缘上向内翻转，由此提供用于 得到板的边缘的覆盖物。联系本发明使用的预涂布的好处之一在于，它已 经显示形成可接受板边缘的足够挠性。
在本发明的一个优选实施方案中，另一个纤维毯片14，也以卷形式提 供，从卷形物中取出，围绕辊7向石膏浆液23的顶部进料，形成饰面薄 片9，由此在两个移动玻璃纤维片中夹入石膏浆液(芯)。纤维毯片16和14 因此在由石膏浆液形成的凝固石膏芯上形成饰面，以产生具有相对纤维毯 片饰面石膏板。优选毯片14是如美国专利5,883,024所述的玻璃纤维和聚 酯纤维的掺混物形成的毯片。这种毯片的一个来源是Johns Manville毯片 8802。毯片还可以是标准玻璃纤维毯片，或处理过的，或涂布过的玻璃毯 片，或处理过的，或涂布过的玻璃-合成纤维掺混毯片。向石膏浆液的顶部 施用毯片14。因此，如上所述，在该毯片和所上所述的石膏芯之间形成强 结合力。
典型地，将传统的成型辊和边缘导向装置(未显示)用来成型和保持复 合材料的边缘，直到石膏已经充分凝固，以保留它的形状。在(顶部)纤维 毯片14涂布后，可以压制纤维毯片和石膏浆液的“夹层结构”至需要的 板间厚度(未显示)。备选地，可以用辊或另一种方式压制纤维毯片和浆液 至需要的厚度。然后，通过输送机22运送浆液和施用的饰面材料的连续 夹层结构。浆液23随着它被向前运送方向而凝固。
虽然通过石膏芯的使用可以实现改进，所述的石膏芯仅有它的一个表 面用这里描述的预涂布纤维毯片饰面，但是相信对于某些应用领域，可以 有利地制造双面用预涂布纤维毯片饰面板。纤维毯片饰面石膏板及其制备 方法是已知的，例如如上所述的美国专利4,647,496中，和在加拿大专利 993,779和美国专利3,993,822所述。该板(标称1/2″厚度)的重量通常不应 当超过约2500英磅每1000平方英尺。典型地，该板的重量至少为约1900 英磅每1000平方英尺。
本发明中使用的预涂布纤维毯片在其中通过水蒸汽的能力是本发明 的重要特征，并且该能力是这样的，使得该板的干燥特性相对于具有传统 纸饰面板基本上未被改变。这意味着，本发明中的预涂布毯片饰面板的生 产中，还可以使用连续石膏板生产中典型使用的工业干燥条件。示例性的 干燥条件包括：干燥机(烘箱)温度为约200°至约700°F.，其中干燥时间为 约30至约60分钟，线速度为约70至约400线性英尺每分钟。
除了前面提及的那些外，在许多室外应用领域中，可以有效使用本发 明的板。例如，可以在下列类型的应用领域中使用涂布板：在将传统石膏 隔板用作覆盖材料的支持面，所述的材料例如木壁板、灰泥、合成灰泥、 铝、砖、包括薄砖、室外瓷砖、粗骨料和大理石。可以将上面所述的装饰 材料以它们直接粘附于涂布板这样的方式使用。还可以将该板用作外部绝 缘系统、商业屋顶平台系统和外幕墙的组分。此外，该板还可以有效在通 常不包含纸饰面石膏板的使用的应用领域中使用。这种应用领域的实例包 括与桑拿、游泳池、组合淋浴有关的墙，或作为二次天气阻挡的基材或组 分。
下面的实施例是举例说明性的，而不是本发明的限制。
实施例1
可以通过首先制备下面的涂层组合物，来制备预涂布纤维毯片。   组分   量，重量％   水性丙烯酸乳胶(45％固体)   (NeoCar820)   石灰石   (来自Global Stone Filler Products的GFP 102)   乙基羟乙基纤维素增稠剂/稳定剂   Bermocoll 230FQ   丙烯酸酯增稠剂   Paragum 501，109   着色剂   Englehard W 1241   氨   加入的水   18.7     65.3     0.04     0.19，0.19     0.47     0.37   14.74
可以将涂布水性涂层组合物，通过辊涂布机或刮刀涂布机(或它们的组 合)以约30克每平方英尺(约65英磅每1000平方英尺)的涂布率比，涂布 在Johns Manville 7594纤维玻璃毯片上。可以在传统的干燥烘箱中，干燥 湿涂层组合物。涂层的干燥基重应当为约22克每平方英尺(约50英磅每 1000平方英尺)。通过视觉检查，涂层应当完全覆盖玻璃毯片，并且应当 看不见纤维突出于毯片。根据这个实施例制备的预涂布毯片适用于根据下 面实施例制备石膏板。
实施例2
从Atlas得到卷形式的预涂布纤维玻璃毯片(50 3/4 Inch Gold涂布玻璃 饰面)，并且用来制备石膏板嵌板。由基重为约2英磅每100平方英尺的未 涂布毯片来制备涂布毯片。基材毯片是由标称直径为13微米、以随机图 案定向的，并且由尿素甲醛粘合剂树脂粘结在一起的玻璃纤维细丝组成 的。预涂布毯片的厚度为约30密耳和孔隙率为约7秒。
在传统墙板机器上，由包含约55重量％的石膏半水合物的石膏浆液和 预涂布Atlas毯片来制备连续长度板。浆液沉积在涂布毯片的一个连续薄 片上，连续薄片的前进速度为180线性英尺每分钟，足以形成5/8英寸厚 的板，同时Johns Manville 8802纤维毯片的连续薄片在石膏浆液的相对表 面上沉积。通过在约600°F的烘箱中加热复合结构约30分钟，促进石膏 板的干燥，直到该板几乎干燥，然后在250°F约50分钟，直到它完全干 燥。确定涂布毯片饰面板的密度，为约47英磅每立方英尺。
根据本发明制备的涂布毯片饰面石膏板在室内和室外应用领域都能 够抵抗对水无限时间的攻击，并且提供显著增强的阻燃性。总之，可以认 为，本发明改进的石膏基产品具有耐水性能，其至少等于或优于现有技术 产品，并且这是在产品中达到了，这是在产品中获得的，这与现有技术的 产品一样轻并且更经济。
应当理解的是，本发明虽然已经结合其具体实施方案进行了描述，但 前面的描述和实施例旨在举例说明，而不限制本发明的范围。除非另有具 体说明外，所有的百分比是重量百分比。整个说明书和权利要求中的术语 “约”是指包含+或-5％。
对本发明所属领域的技术人员而言，其它方面、优势和修改是明显的， 并且这些方面和修改在本发明的范围内，本发明的范围仅由后附权利要求 所限制。