本发明描述的浆料和方法消除或者减少了这些问题中的至少一种。更具体地说，本发明提供一种改进的石膏浆料，其包括水、包含基于水硬组分干重的至少50％的煅烧石膏的水硬组分、泡沫、消泡剂和聚羧酸盐分散剂。该分散剂由第一和第二重复单元组成，其中所述第一重复单元是烯属不饱和单-羧酸重复单元或者其酯或盐，或者烯属不饱和硫酸重复单元或者其盐，所述第二重复单元具有通式(I)

其中R1表示

其中R2是氢或者脂肪族C1至C5烃基，R3是非取代或者取代芳基，优选苯基，R4是氢或者脂肪族C1至C20烃基，脂环族C5至C8烃基，取代C6至C14芳基或者符合下列通式的基团：

其中R5和R7各自独立表示烷基、芳基、芳烷基或者烷基芳基，R6是二价烷基、芳基、芳烷基、或者烷芳基，p为0、1、2、3，包括0和3，m和n独立为2、3、4、5中的整数，包括2和5，x和y独立为1至350的整数，包括1和350，z为0至200，包括0和200。
减少石膏浆料中的水的方法包括制备包含水、煅烧石膏、上述消泡剂和分散剂的石膏浆料。添加第一部分的缓凝剂至该浆料，该第一部分的缓凝剂量足以充分地阻止该混合器内石膏晶体的形成。第二部分的缓凝剂也添加至该浆料，该第二部分的缓凝剂量足以增加该浆料的流动性，使之超过通过添加第一部分缓凝剂得到的浆料。
添加两个部分的缓凝剂不仅保持该混合物不含石膏固体，还增加该浆料的流动性。由于期望保持恒定的浆料流动性，可以同样分散剂水平下水的减少，或者使用同样水量下分散剂的减少方式实现流动性的增加。还导致原料的减少和可能的成本节约。
一些实施方式包括消泡剂和分散剂的混合物或者组合物，它们在添加至该浆料之前相结合。在本发明的至少一种实施方式中，该消泡剂和该浆料合并为物理混合物。在至少一种其它实施方式中，该消泡剂附着在该分散剂的聚合物结构上。该物理混合物和附着的消泡剂的组合同样可以使用。
当消泡剂与分散剂添加至该泡沫浆料时，流动性有进一步的改进。这种增加的流动性能够在既定流动性下减少添加至该浆料的水的用量，或者能够减少分散剂的用量。在任何一种情形，通过减少干燥染料的使用，或通过直接减少分散剂的使用，获得可能的成本降低。
附图说明
图1是两种不同的分散剂的空隙体积作为空隙直径的函数的曲线图。
发明详述
本发明的一个实施方式涉及一种石膏浆料。该浆料包含水、水硬组分、泡沫、消泡剂和聚羧酸盐分散剂。除非另有说明，该浆料的组分均按基于干燥水硬组分的总重量计算。
该水硬组分包含基于该水硬组分干重的至少50％的煅烧石膏。优选地，水硬组分中煅烧石膏的量大于50％。本发明的其它实施方式使用的水硬组分包括大于65％或者大于80％的基于该水硬组分干重计算的煅烧石膏。在许多墙板配方中，水硬性材料基本上全部是煅烧石膏。任何形式的煅烧石膏都可以使用，其包括然而并非限于α或者β灰泥。也可考虑使用硫酸钙硬石膏，合成石膏或者石膏粉(landplaster)。其它水硬性材料，包括水泥和飞灰，可任选地包括于该浆料中。
泡沫被添加至该浆料，以控制成品的密度。任何常规的已知用于制备泡沫石膏产品的发泡剂均可应用。许多此类发泡剂为众所周知，且易于商业获得，例如GEO Specialty Chemicals，Ambler，PA提供的HYONIC系列的皂产品。泡沫以及制备泡沫石膏产品的一种方法公开于U.S.No.5,683,635中，其以参考方式合并于此。本专利教导了通过变化第一发泡剂和第二发泡剂的比率，在泡沫尺寸分布中引入大气泡。泡沫气泡尺寸控制对于成品面板的强度至关重要。第一发泡剂为基于全部发泡剂总重的约65％至约85wt.％。
可用于产生不稳定泡沫的第一发泡剂的实例具有通式：
CH3(CH2)x(CH2)(OCH2)yOSO3-M    (VI)
其中，在该发泡剂的至少50％重量中，X是从2至20的数字，Y是从0至10的数字且大于0，M是阳离子。
可用于产生稳定泡沫的第二发泡剂的实例具有通式：
R′-OSO3-M    (VII)
其中R’是包含2至20个碳原子的烷基，M是阳离子。优选地，R’是包含8至12个碳原子的烷基。第一或者第二发泡剂的阳离子独立地包括钠、钾、镁，铵、季铵及其混合物中的至少一种。
已经发现添加一种或一种以上消泡剂与聚羧酸盐分散剂可以进一步改变气泡尺寸，从而控制较大空隙的产生。当灰泥凝固时，硫酸钙二水合物晶体互锁基质形成于气泡周围，在凝固原料中留下空隙。在以下论述中，示范性的空隙尺寸分布论述为用于石膏面板芯部，然而，可以预期本发明的浆料可以在其它基于石膏的产品中使用。
图1是分散剂的变化如何改变空隙尺寸分布的实例。当使用某些聚羧酸盐分散剂时，许多微小的、稳定的气泡形成于浆料中。参见用MELFLUX PCE 356L/35％ND制造的石膏产品空隙尺寸分布曲线图，曲线图上显示为“356”。标记为“410”(用MELFLUX PCE 410L/35％FF制造)的石膏产品中包含消泡剂和任选的表面活性剂，这减少了微小空隙，并提供了更宽的空隙直径分布和大的空隙数目的增加。具有空隙直径的较宽分布的类似密度的石膏产品比那些有许多小空隙的石膏产品更坚固。
本发明的一些实施方式使用稳定和不稳定皂的混合物。在至少一个实施方式中，该稳定皂是一种常规皂，其具有8-12个碳原子的烷基链长度和1-4个单位的乙氧基链长。不稳定皂的实例是烷基链长度6-16个碳单位的非乙氧基化皂。一些实施方式中稳定皂的用量占大多数。
当泡沫添加至产品时，在添加至硫酸钙半水化物之前，聚羧酸盐分散剂任选地在定量水和泡沫水之间分配，或者两种不同的分散剂用于该定量水和泡沫水。此方法公开于序号为U.S.No.11/152,404，题目为“Effective Use of dispersants in Wallboard Containing foam”的未决美国申请中，其以参考方式合并于此。
预期的分散剂是聚羧酸盐分散剂。该分散剂的用量范围约为基于水硬组分含量的约0.01wt％至约1.0wt％的分散剂固体。在一些实施方式中，该聚羧酸盐分散剂包含多种醚交联聚氧亚烃基链。可用的聚羧酸盐分散剂的两个实例是MELFLUX 1641F(“1641”)分散剂和MELFLUX 2641F(“2641”)分散剂。两者均可以从BASF Construction Polymers GmbH，Trostberg，Germany获得。该1641分散剂描述于美国专利No.5,798,425中，其以参考方式合并于此。
用于该浆料的一些实施方式的另一种分散剂包括两种重复单元。第一重复单元是烯属不饱和单-羧酸重复单元，其酯或盐，或者烯属不饱和硫酸重复单元或者其盐。第一重复单元的实例是丙烯酸，甲基丙烯酸，巴豆酸，异巴豆酸，烯丙基磺酸和乙烯基磺酸。单价-或者二价盐适合代替酸基团中的氢。该氢还可以被烃基替代以形成酯。优选的重复单元包括丙烯酸或者甲基丙烯酸。
第二重复单元满足通式I，

R1衍生自根据通式II的不饱和(聚)亚烃基二醇醚基团。

参见通式I和II，该链烯基重复单元在聚合物结构和醚键之间任选地包括C1至C3烷基。p值是0、1、2、3中的整数，包括0和3。优选地，p是0或者1。R2是氢原子或者脂肪族C1至C5烃基，其可以是直链、支链、饱和的或者不饱和的。R3是非-取代或者取代芳基，优选苯基。优选的重复单元的实例包括丙烯酸和甲基丙烯酸。
通式II的聚醚基团包含多个C2-C4烷基，其包括至少两个通过氧原子连接的烷基。m和n独立地为2、3、4、5中的整数，包括2和5，优选地，m和n的至少一个是2。x和y独立地为1至350的整数，包括1和350。z值为0至200，包括0和200。R4是氢或者脂肪族C1至C20烃基、脂环族C5至C8烃基、取代C6至C14芳基或者符合通式III(a)，III(b)和III(C)至少一个的基团。

上述通式中，R5和R7各自独立地表示烷基、芳基、芳烷基、或者烷基芳基基团。R6是二价烷基、芳基、芳烷基或者烷基芳基基团。
此组分散剂称之为“Melflux PCE”分散剂。已知可以用于墙板的此系列中的聚合物包括MELFLUX PCE 211L/35％ND、MELFLUX PCE239L/35％ND、MELFLUX PCE 267L/35％ND和MELFLUX PCE356L/35％ND。此类分散剂及其制备进一步描述于序号11/451,625，题目为“Polyether-Containing Copolymer”，递交于2006年6月12日的美国申请中，其以参考方式合并于此。另一种适宜的分散剂是MELFLUXPCE 410L/35％FF(“410”)，其根据序号为11/xxx,xxx，(代理人案号PF[59988])，与此同时递交的美国申请中，其以参考方式合并于此。
分散剂的分子量优选为约20,000至约60,000道尔顿。令人惊讶地，已经发现较低分子量的分散剂使凝固时间比分子量大于60,000道尔顿的分散剂的凝固时间更加推迟。然而，用石膏试验显示该分散剂的效果在分子量超过60,000道尔顿时降低。
许多聚合体可以用不同分布的相同的两个重复单元制造。含酸重复单元与含聚醚重复单元的比率直接与电荷密度相关。优选地，共聚物的电荷密度在约300至约3000μequiv.电荷/g共聚物范围之内。然而，还发现了电荷密度的增加进一步导致分散剂延缓效果的增加。低电荷密度的分散剂延迟的凝固时间小于高电荷密度的分散剂。由于凝固时间的延迟随着由高电荷密度分散剂获得的效果的增加而增加，制造一种低水、优良流动性、合理凝固时间的浆料要求将电荷密度保持在某一范围内。优选地，共聚物的电荷密度在约600至约2000μequiv.电荷/g共聚物范围之内。
此Melflux PCE分散剂特别适合与石膏一起使用。不希望限制于理论，可以认为，酸重复单元结合至半水化合物晶体，而第二重复单元的长的聚醚链在结构上实施其分散功能。在为石膏设计的分散剂中，该聚醚链的长度、总分子量和电荷密度的平衡是重要因素。由于Melflux PCE的延缓性低于其它分散剂，某些石膏产品的制造过程中其分裂性较小。该分散剂能以任何有效量使用。在相当程度上，选定的分散剂的量依赖于浆料所需的流动性。当水的用量减少，需要更多分散剂保持恒定的浆料流动性。优选地，分散剂的用量为基于该灰泥干重的约0.01％至约0.5％。更优选地，分散剂的用量为同一基准的约0.05％至约0.2％。液体分散剂的测量中，计算分散剂剂量时只考虑聚合物固体，并且当计算水/灰泥比率时，考虑来自分散剂的水。此分散剂容许高速墙板制造工艺的设计，其中在十分钟内至少50％的板凝固。甚至在没有促进剂的情况下也可以实现十分钟内至少50％凝固。
可以用任何技术人员已知的方法聚合重复单元来制造共聚物分散剂。优选的聚合技术教导于公开的美国专利申请No.2006/0281886中，题目为“Polyether-Containing copolymer”，递交于2006年6月12日，公布于2006年12月14日，其以参考方式合并于此。
一种或多种消泡剂被添加至浆料，以减少气泡稳定性，从而增加气泡尺寸的分布。已经发现添加至此种聚羧酸盐分散剂的一种或多种消泡剂可产生活性气泡。活性气泡连续合并，保持气泡的尺寸分布。在灰泥凝固时，硫酸钙二水合物晶体的互锁基质形成于该气泡周围，在凝固原料中留下空隙。任何消泡剂均可以添加至浆料，包括非离子型表面活性剂例如包括环氧乙烷/氧化丙烯-(PO-EO)-单元(Dowfax of the DowCompany，Midland，MI)，EO-PO-EO或者PO-EO-PO嵌段共聚物(PLURONIC of BASF)或者聚硅氧烷分散体例如Wacker Chemie AGChemie的硅氧烷。
在一些实施方式中，其与分散剂分开添加，该硅氧烷化合物为稳定乳状液形式的可聚合的硅氧烷。在一些实施方式中，其在混合器中添加至浆料。然后该浆料成型，在促进该硅氧烷聚合以形成高交联硅氧烷树脂的条件下干燥。优选地，还可以在浆料中添加促进该硅氧烷形成高交联硅氧烷树脂的催化剂。
该硅氧烷通常为液态，线性氢修饰的硅氧烷，但是还可以是环状氢修饰的硅氧烷。这种硅氧烷能够形成高交联硅氧烷树脂。这些液体对技术人员而言众所周知，并且是市场上可买到的。通常，可用的线性氢修饰的硅氧烷具有通式：
R”HSiO2/2
其中R”表示饱和的或者不饱和的一价烃基。在优选实施方式中，R”表示烷基，最优选地，R”是甲基。
该硅氧烷乳液优选在浆料形成以前添加至定量水中，以提供足够的时间，使硅氧烷乳液彻底与用于形成浆料的水混合。优选地，在添加至定量水之前，特别是在添加任选的添加剂之后和随后的工序期间，该硅氧烷乳液被稳定化并良好地分散于浆料中。稳定的硅氧烷/水乳状液任选地通过结合硅氧烷液体与少量水、在高强度搅拌器中搅拌1-2秒而制备。不需要化学乳化剂。由此形成足够稳定的乳液，其中硅氧烷液体与定量水混合并在聚合发生时保持分散。也可以使用预制硅氧烷乳液。
本发明的一些实施方式采用Wacker-Chemie GmbH以SILRES BS-94名字出售的甲基氢聚硅氧烷液体作为硅氧烷。优选地使用基于干灰泥重量的0.3至约1.0wt％的BS-94液体。至少一个实施方式使用同一基准的约0.4至约0.8wt％的该硅氧烷液体。也可以使用粉末甲基氢聚硅氧烷，例如Wacker BS PowderA和Wacker BS Powder G。
该氢聚硅氧烷通过形成反应性硅烷醇化合物固化。该硅氧烷的聚合原地缓慢进行，经过数天或数周以充分地固化。添加催化剂可提高硅氧烷的固化速率。任何现有技术中已知的催化剂，包括碱土金属氧化物和氢氧化物均可应用。至少一些实施方式采用烧坏的(dead-burned)或者烧硬的(hard-burned)氧化镁催化剂。Baymag 96(Baymag，Inc，Inc.，Calgary，Alberta，CA)是市场上可买到的dead-burned氧化镁，适宜作为催化剂。
相对少量的催化剂是需要的。用量为基于干燥煅烧石膏重量的约0.1至约0.5wt％，优选0.2至约0.4wt％。优选地，该催化剂的燃烧失重少于0.1wt％，其表面面积至少为0.3m2/g。关于氧化镁催化剂用于固化硅氧烷的其他信息见于共同拥有的美国专利申请No.2006/0035112，其公开于2006年2月16日，以参考方式合并于此。
消泡剂任选地以许多不同的方式添加至浆料。在至少一个实施方式中，消泡剂和分散剂分别作为独立的化合物添加。分散剂与消泡剂的重量比范围为约1000∶1至约1∶1。可以考虑将消泡剂与聚羧酸盐分散剂添加至浆料拌浆器；然而，添加消泡剂至泡沫水也是可行的。
在本发明又一个实施方式中，在添加至石膏浆料之前，消泡剂与分散剂和任选的表面活性剂在液体组合物中组合。MELFLUX PCE410L/35％FF(BASF Construction Polymers GmbH)是分散剂与消泡剂，任选的表面活性剂和水相结合的实施例，其提供随着时间的推移改善的稳定性，并使墙板产品具有均匀配料。可以使用任何表面活性剂，其使该水性混合物中的消泡剂稳定。有用的表面活性剂包括环氧乙烷/氧化丙烯嵌段共聚物，醇二乙醚R13-(EO)-H，其中R13选自含有1至20个碳原子的脂肪族烃基，乙炔二醇，单烷基聚亚烃基，乙氧基化壬基苯酚，烷基醚磺酸酯及其组合，苯乙烯/马来酸共聚物，脂肪醇烷氧基化物或者具有2至20个碳原子碳链长度和聚亚烃基团的醇。也可以考虑使用这些表面活性剂的组合。分散剂与表面活性剂的重量比为约1000∶1至约1∶1。
预期本发明进一步的实施方式，其中第一部分的消泡剂附着于分散剂链，而第二部分的该消泡剂是非附着的。例如，只有第一部分的消泡剂成功地附着于分散剂聚合体链上。第二部分的消泡剂即则可存在于该水性混合物中，提供除了附着的消泡剂提供的消泡作用之外的消泡作用。如果非附着的消泡剂存在于水性混合物中，其将物理分散在混合物中。如果非附着的消泡剂存在于石膏浆料中，其将基本分散于该浆料中。
当消泡剂作为第三部分附着在分散剂上，该附加的单体在该共聚物中应表示为其量多达约5mol％，或者从约0.05至约3mol％。第三部分的实例包括通式IV(a)和IV(b)的结构：

在通式IV(a)中，取决于该结构单元是否为丙烯酸或者甲基丙烯酸衍生物，R8可以是H或者CH3。在通式IV(b)中，R9可以是氢、具有1至20个碳原子的脂族烃基、具有5至8个碳原子的脂环族的烃基、具有6至14个碳原子的芳基，其也可以被取代。S可以是-H、-COOaM或者-COOR11，其中a是1/2或者1，M是氢、一价或者二价金属阳离子、铵离子或者有机胺基团，R11是具有3至20个碳原子的脂肪族烃基、具有5至8个碳原子的脂环族烃基或者具有6至14个碳原子的芳基。该脂肪族烃基可以是直链或者支链，饱和的或者不饱和的。优选的脂环族烃基是环戊基或者环己基；优选的芳基是苯基或者萘基。在T＝-COOR5，S＝COOaM或者-COOR5的情况下，当T和S都是-COOR5，相应的结构单元衍生自二羧酸酯。约0.1至5mol％的结构单元是消泡根。
在远离这些酯基处，该结构单元还可以包括其它疏水性结构成分。它们包括通式V的聚氧化丙烯或者聚氧化丙烯-聚环氧乙烷衍生物：

X为1至150，y为0至15。该聚氧化丙烯(聚环氧乙烷)衍生物可以通过基团U1连接至通式IV(a)结构单元的乙基上，其中U1＝-CO-NH-、-O-、或者-CH2-O-。该结构单元因此为对应于通式IV(a)结构单元的酰胺、乙烯醚或者烯丙醚。R10可以依次限定为R9(见上)或者为

其中U2＝-NH-CO-、-O-、-OCH2-，S如以上定义。这些化合物为对应于通式IV(a)的双功能烯基化合物的聚氧化丙烯(-聚环氧乙烷)衍生物。
作为进一步的疏水性结构单元，通式IV(a)的化合物可以包含聚二甲硅氧烷基团，通式IV(a)符合T＝-W-R7，W是：

(以下简称聚二甲硅氧烷基团)，R7可以限定为R2，n可以是2至100。
聚二甲硅氧烷基团不仅可以直接连接至通式IV(a)的乙烯基上，还可通过-CO-[NH-(CH2)s]-W-R12基团或者-CO-O(CH2)-W-R12基团连接至通式IV(a)的乙烯基上，其中R12优选地限定为R9，s＝1或者2，z＝0至2，R12还可以是具有以下通式的基团：

这些化合物是通式IV(a)的双功能乙烯化合物，它们通过各自的酰胺基或者酯基彼此连接，只有一个乙烯基被共聚。
相似情景适用于通式IV(a)的化合物，其中T＝(CH2)z-V-(CH2)z-CH＝CH-R2，其中z＝0至4，V是聚二甲硅氧烷基团W或者-O-CO-C6H4-CO-O-基团，R9如上定义。这些化合物衍生自相应的二烷基苯基二羧酸酯或者二亚烃基聚二甲硅氧烷衍生物。
或者，其它共聚单体，例如苯乙烯或者丙烯酰胺与该两个初级单体共聚。可以使用疏水性组分。具有酯结构单元的化合物，聚氧化丙烯或者聚氧化丙烯-聚环氧乙烷(PO/PE)，聚环氧丁烷-聚氧乙烯(PB/PE)或者聚苯乙烯氧化物-聚环氧乙烷(PS/PE)单元是优选的。美国专利No.5,798,425和No.6,777,517公开的化合物也是优选的。
优选在混合前将所述含水混合物作为单独的物流加入到所述定量的水中，加入到泡沫水中，或加入到混合器中。在其它工序步骤期间也可以预期添加该溶液。
以任何形成可流动浆料的量添加水至浆料。根据其一起使用的成分、所使用的确切的分散剂、灰泥的性能以及使用的添加剂，水的用量变化很大。墙板的水与灰泥比率(“WSR”)优选地约为基于灰泥干重的0.1至约0.9。通常优选的WSR为约0.2至约0.85。地板组合物优选使用的WSR为约0.17至约0.45，优选约0.17至约0.34。可塑的或者可铸的产品优选以WSR为约0.1至约0.3，优选约0.16至约0.25来使用水。在实验室试验中，适度添加Melflux PCE分散剂下，WSR可以减少至0.1或者更低。
用于制造浆料的水应当尽可能纯净，以最好地控制浆料和凝固灰泥的性能。众所周知盐和有机化合物可改变浆料凝固时间，其广泛地从促进剂至凝固抑制剂变化。一些杂质由于形成二水合物晶体的互锁基质而导致结构不规则，降低凝固产品的强度。尽量使用无污染的水可以增强产品强度和稠度。
令人惊讶的是，还发现了一些缓凝剂与Melflux PCE族分散剂一起使用能够使分散剂效果意外地增加。通常地，第一部分缓凝剂添加至浆料以阻止混合器中和有关的浆料接触部分中固体形成。如果煅烧石膏开始凝固，二水合物晶体沉积在混合器内和有关浆料接触部分上。一些缓凝剂延迟结晶的开始，从而当浆料在混合器中和有关浆料接触部分时阻止凝固石膏块形成，其可以在之后不对产品和/或其生产造成负面影响。第一部分凝固缓凝剂通常的添加量通常最多为约11b./MSF(4.9g/m2)。用于特定浆料的缓凝剂的准确量根据使用的石膏及其它原料的性能、煅烧类型、存在的添加剂类型和用量而极大地变化。
然而，在Melflux PCE分散剂存在下，第二部分缓凝剂似乎具有减少使所述浆料具有流动性而所需的、甚至是保持所述混合器清洁并且基本上没有石膏固体所需的水、分散剂以及两者用量的能力。进一步地，当缓凝剂的量为线性添加时，PCE剂量的减少为非线性改变。例如，基于制造恒定流动性和类似凝固特征的浆料前提，协同使用VERSENEX80E螯合剂(Dow Chemical Co.，Midland，MI)与Melflux 410L/35％FF分散剂显示容许减少分散剂的量达37％。在本发明的一些实施方式中，除了第一部分缓凝剂，第二部分缓凝剂的范围为约0.05至约0.3lb/MSF。在其他实施方式中，第二部分缓凝剂从约0.05至约0.5lb/MSF或者约0.5至约1lb/MSF。可以用较大的第二部分剂量克服任何开发加工问题。如果产品过软不适于用刀切割，可以添加一定量的促进剂以克服缓凝剂的效果。
第一缓凝剂部分和第二缓凝剂部分既可以单独地添加至浆料，也可以作为结合配料添加至浆料。缓凝剂可作为第一部分缓凝剂，第二部分缓凝剂或者两者使用。本发明的一些实施方式采用二亚乙基三胺五乙酸盐(DTPA)缓凝剂。至少一个实施方式使用DTPA五钠，被称为VERSENEX 80E。预期其它缓凝剂可以显示类似的PCE效果改善，包括氨基三(亚甲基膦酸)的五钠盐(Dequest 2006分散剂，Thermphos TradingGmbH)、酒石酸、琥珀酸、柠檬酸、马来酸和它们的相应盐(Na、K、NH4、Li)。
所述浆料中也可以加入其他添加剂，这对于石膏浆料的特定应用是典型的。添加干燥促进剂(达约45lb./MSF(219g/m2)以改变水合反应发生速率。“CSA”是一种凝固促进剂，包括95％硫酸钙二水合物与5％糖共研磨，加热至250°F(121℃)使该糖焦糖化。CSA可以从United StatesGypsum Company，Southard，OK plant获得，其根据美国专利No.3,573,947制造，该专利以参考方式合并于此。硫酸钾、硫酸铝、硫酸钠和硫酸氢钠是其它优选的促进剂。HRA为以每100磅硫酸钙二水合物约3至25磅糖的比率新鲜地与糖研磨的硫酸钙二水合物。其进一步的描述见于美国专利No.2,078,199，其以参考方式合并于此。淀粉可以用于代替糖，教导于美国专利No.4,019,920，其以参考方式合并于此。也可以使用其它为本领域的普通技术人员所知的促进剂。
另一种促进剂，被称为湿式石膏促进剂或者WGA，也是优选的促进剂。该湿式石膏促进剂的使用和制造方法公开于美国专利No.6,409,825，其以参考方式合并于此。这种促进剂包括至少一种选自有机磷化合物、含磷酸盐化合物或者其混合物的添加剂。该湿式石膏促进剂的用量为约5至约80磅每千平方英尺(24.3至390g/m2)板产品。
在本发明的一些实施方式中，添加剂包括于石膏浆料中，以改变最终产品的一种或多种性能。添加剂的使用方式和用量是本领域已知的。记录的浓度量为每1000平方英尺成品板(“MSF”)。玻璃纤维或者纸纤维可任选地添加至浆料。可添加乳状石蜡或者硅氧烷至石膏浆料以改善成品石膏面板的抗水性。
在一些实施方式中，添加三偏磷酸盐化合物至石膏浆料以提高产品的强度，并改善凝固石膏的抗下垂性。优选地，三偏磷酸盐化合物的浓度为基于煅烧石膏重量的约0.004％至约2.0％。包括三偏磷酸盐化合物的石膏组合物公开在美国专利No.6,342,284和6,632,550中，其以参考方式合并于此。示范性的三偏磷酸盐包括三偏磷酸的钠、钾或者锂盐，它们例如可以从Astaris，LLC.，St.Louis，MO.获得。与石灰或者其它提高浆料pH的调节剂一起使用三偏磷酸盐时必须注意，在pH约9.5以上，该三偏磷酸盐失去加强产品的能力，该浆料变得严重迟滞。
其它可能用于墙板的添加剂为杀生物剂，用于减少霉菌、植物霉菌或真菌生长。取决于选定的杀生物剂和墙板的计划用途，杀生物剂可以添加至表层，石膏芯部或者两者。杀生物剂的实例包括硼酸、羟基吡啶硫酮盐和铜盐。杀生物剂可以添加至表层或者石膏芯部。使用时，用于表层的杀生物用量少于500ppm。
另外，该石膏组合物可以任选地包括淀粉，例如预凝胶化淀粉或者酸变性淀粉。包含预凝胶化淀粉可增加凝固和煅烧石膏铸件强度，并最小化或者避免纸分层风险。本领域普通技术人员应当了解预凝胶化粗淀粉的方法，例如，在温度至少为约185°F(85℃)的水中煮粗淀粉或者其它方法。预凝胶化淀粉的适宜实例包括但是不局限于，PCF 1000淀粉，其可以从Bunge Milling Inc(St.Louis，MO)在市场上获得，AMERIKOR818和HQM PREGEL淀粉，两者可以从Archer Daniels Midland Company在市场上获得。如果包括预凝胶化淀粉，其可以任何适宜的量存在。例如，如果包括预凝胶化淀粉，其可以干燥粉或者液态形式添加至用于形成凝固石膏组合物的混合物，其存在的量为基于灰泥重量的约0.5％至约1.5％固体。
其它已知的添加剂可以用于改变产品的特性。糖类，例如右旋糖，可用于改善板端与纸结合。如果需要硬度，通常添加硼酸。阻燃性可以通过添加蛭石改善。这些及其它已知的添加剂可以用于本浆料和墙板配方。
在操作中，煅烧石膏在输送机中向混合器移动。在进入混合器之前，干燥添加剂，例如干燥的促凝剂被添加至粉末化的煅烧石膏。其它添加剂还可以添加至水。如果添加剂为液态，这是特别方便的。对多数添加剂而言，其在浆料中的投放没有临界性，它们可以用任何方便的设备或者方法添加。当使用Melflux PCE分散剂时，在添加灰泥之前加入该分散剂至水很重要。
泡沫浆料在软的、柔韧的进料斗中移动至板的生产线，沉积在纸面片上，并沿着该片的宽度扩散开。第二纸面片任选地施加至浆料顶部，形成连续石膏板夹层。然后所述夹层通过成形压板的下方将饰面压入到软的浆料中，并使成形的板具有一致的厚度。。
在一些实施方式中，为了“细调”空隙尺寸分布，该石膏产品用迭代法制造。在某些情况下，特定产品的优化的空隙尺寸分布部分地由当地市场决定。原材料或者其它工艺操作条件的变化也能够影响空隙尺寸分布。为了获得所希望的空隙尺寸分布，或者在变化条件下保持分布，较为有利的是改变或修正空隙尺寸分布。在一些实施方式中，空隙尺寸分布甚至可以在聚羧酸盐分散剂和消泡剂的量和类型已经固定后改变。用这种方法校正时，假定其它工艺操作条件，特别是水与灰泥比率基本上保持恒定。
在此方法中，改变一种或多种皂和泡沫水的水性皂混合物的起始浓度。不同的实施方式中该水性皂混合物的皂重量浓度有效范围为约0.1％至约2％，约0.1至约1.5％，约0.2％至约1％，约0.15％至约0.75％，约0.3％至约0.75％，约0.25至约0.5％，约0.2％至约0.4％，和约1％至约2％。
泡沫由该水性皂混合物预先生成。一种产生泡沫的方法是使用泡沫发生器，其混合皂与空气。任何混合方法均可用于结合皂与空气，使气泡形成，所述混合方法包括搅动、紊流或者混合。控制水和空气的量以产生特定密度的泡沫。调整泡沫体积用于控制干燥产品的总重量。
这种发泡剂混合物可以“离线”预混和，即，和制备该泡沫石膏产品的工艺相分离。然而，优选同时和连续混和第一和第二发泡剂，作为混合过程的整体的“在线”部分。这是可以实现的，例如，在泡沫发生器边或者就在泡沫发生器前，通过泵送不同的发泡剂的单独流分，将这些流分合在一起，该泡沫发生器用于产生水性泡沫流分，然后插入并与煅烧石膏浆料混合。通过如此混和，在该混合物中的第一和第二发泡剂的比率可以简单而有效地调整(例如，通过改变一种或两种单独流分的流速)来获得泡沫凝固石膏产品中所需的空隙特征。这种调整可以视最终产品的检查而作出，所述检查是为了确定是否需要这种调整。这种“在线”混和和调节的进一步的说明见于美国专利Nos.5,643,510和5,683,635，其以参考方式合并于此。
石膏浆料通过结合定量水、水硬组分、消泡剂和聚羧酸盐分散剂并且混合它们直到获得均匀浆料来制备。分散剂优选地添加至定量水，添加至泡沫水，在定量水和泡沫水之间分配或者直接添加至混合器。干燥组分在灰泥输送机结合，并通过输送机移动至混合器。输送机移动时，可以将包括粘土和凝固促进剂的任选的干燥组分添加至灰泥。干燥组分和定量水连续地添加至高剪切搅拌机以形成石膏浆料。任选的湿式组分，例如抗下垂剂和缓凝剂直接添加至混合器。改变定量水，分散剂或者两者的量以保持恒定的坍落块尺寸(slump patty size)，以下进行更详细的描述。
合并浆料和预先生成的泡沫以制造泡沫石膏芯部。结合石膏浆料和预先生成的泡沫的一种方法是通过对泡沫增压，迫使其进入浆料。至少一种实施方式使用泡沫环分布泡沫。该泡沫环是一种成型装置，其容许浆料流过它。它包括一个或多个喷嘴或者槽，用于在浆料通过该环时将增压的泡沫释放进入浆料。泡沫环的使用公开于美国专利No.5,683,635中，其以参考方式合并于此。另一种结合泡沫和浆料的方法是直接将泡沫添加至混合器。
泡沫石膏芯部的空隙尺寸分布可以通过调节水性皂混合物中的皂浓度精细控制。泡沫石膏芯部制备完成后，该石膏芯部的内部检查显示空隙结构。空隙尺寸分布的改变可以通过从初始的或者先前的浓度改变皂浓度而产生。如果内部具有过多的小空隙，则降低该水性皂混合物的皂浓度。如果发现太多太大的椭圆形或者不规则形状的空隙，则应当增加皂浓度。尽管优化的空隙尺寸分布可以通过产品、位置或者使用的原材料改变，这种工艺在获得所需空隙尺寸分布中是有用的，不管其如何限定。在许多实施方式中，所希望的空隙尺寸分布可以为使用的石膏配方产生高强度芯部。
例如，在一些实施方式中，泡沫石膏芯部应当具有的空隙尺寸分布为，其中小于0.25毫米的空隙累积体积少于大于0.25毫米的空隙累积体积。基本上所有空隙的总体积中空隙的直径应当基本上小于或者等于约1.4毫米。不满足这些标准时，调整该水性皂混合物中的皂浓度，作进一步的样品测试。如果空隙小于约0.25毫米的累积体积过大，则水性皂混合物中的皂浓度应当降低。如果空隙的总体积中相当部分为直径超过1.4毫米的空隙，则应当增加水性皂混合物中的皂浓度。上述标准仅仅是一些特定的实施方式的优化芯部结构的两个方面。
当需要产生或保持所需空隙尺寸分布时可重复此工艺。其还可用于和其它改变空隙尺寸分布的方法组合，所述其他方法例如改变分散剂的类型或者用量，改变泡沫密度或者稳定皂与不稳定皂的比率，以实现对空隙尺寸分布更好的控制。

实施例1
进行生产试以比较萘磺酸盐缩合物分散剂(“NS”)与聚羧酸盐分散剂。在试验期间，生产215ft/min恒定生产线速度的石膏建筑面板。用于各样本的组分和工艺操作条件见下表1。除非另有说明，各剩余组分的量以每1000平方英尺建筑面板产品中的磅数列出。“WSR”是水与灰泥的比率，其中包括泡沫水、添加剂水和定量水。玻璃纤维以基于灰泥重量0.32％的比率添加至全部样品。右旋糖以基于灰泥重量的0.17％添加。这两种组分添加至每一样品。
使用了两种聚羧酸盐分散剂。MELFLUX PCE 356L/35％ND(“356”)是一种水中分散剂，无消泡剂，无任选的表面活性剂。MELFLUX PCE410L/35％FF是一种聚羧酸盐分散剂、消泡剂、表面活性剂和水的水性混合物。
使用的NS分散剂是Diloflo-CA(Geo Specialty Chemicals，Lafayette，IN)。在泡沫制备中，使用Polystep B25和Steol CS 230皂(StepanCompany，Northfield，IL)。
在制备浆料期间，改变分散剂的使用量以产生通过坍塌度(slump)测试流动性基本上一致的浆料。然后将HRA的量调整至可以在切割刀具上产生优良硬度的最小量。
表1
  规格   A   B   C   D   灰泥   1778   1778   1778   1778   定量水   1093   1084   1081   1079   泡沫水   65   66   65   66   总水   1182   1179   1179   1178   ％WSR   66.5％   66.3％   66.3％   66.3％   分散剂   NS   410   NS   356   分散剂量   12   6   12   9   HRA   18   27   21   33   缓凝剂   0.38   0.28   0.42   0.20   淀粉   5   5   5   5   粘土   34   34   34   34   总皂   0.315   0.315   0.355   0.299   ％不稳定皂   40％   35％   40％   40％

在连续添加至混合器之前，将含有灰泥、HRA、淀粉和粘土的干燥成分合并在一起。将定量水和分散剂连续添加至混合器。其间，合并皂与泡沫水以在混合器外产生泡沫。浆料连续从混合器中释放出时，泡沫在压力下被压入浆料。浆料沿着软管向下移动至成形台时，紊流足以使泡沫和浆料彼此充分混合。
在成形台，浆料沉积在面纸上。第二面纸片放置于浆料顶部，形成一块“夹板”。然后该夹板在成形板下经过，以使浆料沿着面纸的宽度均匀分布，产生具有均匀厚度的夹板。然后在切割处将连续的夹板切成面板，烘干。
如表1所见，和NS分散剂相比，包含聚羧酸盐分散剂的样品使用的分散剂更少。进一步的，包含消泡剂和表面活性剂的410分散剂的用量比单独使用聚羧酸盐分散剂更低。作为重复制造工艺的一部分，缓凝剂和皂的用量某些时候随聚羧酸盐分散剂而减少。分散剂用量的减少相应实现合理的成本节约。
实施例2
用约600克来自西方石膏源的煅烧石膏制造水灰泥比率(WSR)为0.64的浆料。Melflux PCE 410L/35％FF添加的量足以提供恒定的块尺寸，所述块尺寸以坍塌度实验测试。
在单独的泡沫发生器中产生泡沫，在搅拌时间的最后时期添加至混合器。该泡沫用泡沫发生器由皂和泡沫水的混合物制备，所述混合物含约0.75％皂。该皂是HYONIC PFM-33(GEO Specialty Chemicals，Ambler，PA.)和Steol CS-330(Stepan Co.，Northfield，IL)的90∶10混合物。以下步骤描述其余的工艺条件。
混合顺序和步骤为：
1.将水、分散剂和添加剂置于Hobart混合器的碗中，然后手工混合。
2.在机械混合开始之前，将与促进剂和特定添加剂预混和的灰泥添加至该碗中并短时间浸泡。
3.混合期间，添加泡沫以控制密度。根据目标密度改变泡沫添加量。
4.添加泡沫结束后，再混合浆料一段时间。
5.测试浆料的坍塌度、硬化时间、密度和芯部结构。为了保证测试真实反映减少分散剂用量的能力，有必要在缓凝剂用量改变时调整其它参数。水/灰泥比率、坍塌度、硬化时间和干密度保持不变。坍塌实验描述于美国专利申请No.2006-0281837中，公开于2006年12月14日，其以参考方式合并于此。
全部测试均以同样的水量进行，以保证水/灰泥比率相同。如果泡沫的量改变，则调整定量水，以保持水的总量恒定。缓凝剂的量改变后，调整分散剂的量以保持18±0.5厘米的目标坍塌度。
增加缓凝剂有时候导致硬化时间加长，在此情况下调整促进剂的量以保持硬化时间恒定为100±5秒。下表2中，“量”指以lbs/MSF表示的缓凝剂量，“硬化”指以秒表示的硬化时间，“CSA”指以克表示的CSA促进剂量。
PCE指MELFLUX PCE 410L/35％FF分散剂的量，以克表示，“剂量”为分散剂的干燥基准量占干燥煅烧石膏的重量百分数。改变分散剂量可以改变浆料的发泡特性，因此改变泡沫的量以保持石膏铸件的目标干燥密度为37±1lb/ft3。该铸件的模具为207ml杯，测量高度为9.1厘米，填充至满溢。如果铸件凝固时浆料从杯边的凝固超过2毫米，则该泡沫不够稳定，用更高浓度的稳定的皂重复测试。该石膏铸件的内部检查显示其气泡结构。如果全部样品有小的气泡，则用更低的皂浓度重复测试。如果发现非常大的、椭圆形或者不规则形状的气泡，则用高浓度皂重复测试。当皂、分散剂和促进剂的调整使得所述铸件基本上相似时，计算％PCE减少量，表示用作使用在对照样品中PCE用量百分数的PCE量的变化。
表2
  Run#  CSA， g   PCE，g   剂量，  ％   缓凝剂，  lbs/MSF   坍塌度，  cm   硬化，  秒   ％  PCE减少   1   2.6   2.57   0.150   0.05   18.0   100   Control   2   2.9   2.40   0.140   0.10   18.0   100   6.6   3   3.2   2.10   0.123   0.15   17.5   100   18.3   4   4.0   1.60   0.093   0.25   18.0   105   37.7
显示于这些过程的％PCE减少量是非线性的，其显示缓凝剂和具有消泡部分附着的分散剂之间有协同作用。
实施例3
用约600克来自西方石膏源的煅烧石膏制造水灰泥比率(WSR)为0.730的浆料，选择该WSR是为了在不使用任何分散剂或者缓凝剂的情况下达到18±0.5厘米的坍塌块尺寸(slump patty size)。
在单独的泡沫发生器中产生泡沫，在最后一部分搅拌时间添加至混合器。用泡沫发生器由皂和泡沫水混合物制备泡沫，所述混合物含有约0.75％皂。在各种情形下，皂与不同的HYONIC PFM-33(Geo SpecialtyChemicals，Lafayette，in)和Steol CS-330(Stepan Co.，Northfield，IL)混合物一起添加，产生类似的芯部空隙分布。以下步骤描述其余的工艺条件。
混合顺序和步骤为：
1.将水、任意分散剂和添加剂置于Hobart混合器的碗中，然后手工混合。
2.在机械混合开始前，将与促进剂和特定添加剂预混和的灰泥添加至该碗中并短时间浸泡。
3.混合期间，添加泡沫以控制密度。根据目标密度改变泡沫添加量。
4.添加泡沫结束后，再混合浆料一段时间。
5.测试浆料的坍塌度、硬化时间、密度和芯部结构。
这组实验包括4种条件，浆料含有以及不含有缓凝剂，含有以及不含有分散剂。对于各种条件，以下参数基本上保持恒定：硬化时间、目标干燥密度、坍塌块尺寸和芯部空隙分布。坍塌试验描述于美国专利申请No.2006-0281837中，公开于2006年12月14日，此前以参考方式合并于此。
如果改变泡沫的量来获得所需密度，则调整定量水以平衡泡沫水的变化。当比较含有与不含有缓凝剂制作的浆料时，试验3和试验4中分散剂的量保持恒定。同样地，在比较含有与不含有分散剂制作的浆料时，试验2和试验4中缓凝剂的量保持恒定。
调整促进剂的量以实现115±5秒的所需硬化时间，调整WSR以保持整个研究中目标坍塌度为18±0.5厘米。
分散剂或者WSR的量的变化可以改变浆料的发泡特性，因此改变泡沫的量以实现目标干燥密度为41±1 lbs/ft3。一部分浆料用于填充207ml杯，其测量高度为9.1厘米。当铸件凝固时，如果浆料从杯边凝固超过2毫米，则泡沫不够稳定，用更高浓度的稳定的皂重复测试。该石膏铸件的内部检查显示气泡结构。如果全部样品有小气泡，则用浓度更低的皂重复测试。如果发现非常大、椭圆形或者不规则形状的气泡，则用浓度更高的皂重复测试。调整皂、促进剂和水直至各种条件下的产品基本上相似。通过比较各种条件下与实验1的对照样品的WSR的差计算“WSR减少”。
在下表3中，“缓凝剂”指以lbs/MSF表示的缓凝剂量，“硬化”指以秒表示的硬化时间，“CSA”指以克表示的CSA促进剂量。
“分散剂”表示分散剂类型，而“分散剂(g)”表示在35％固体的湿基准分散剂的量。“剂量”为干燥基准量的分散剂，用干燥煅烧石膏重量的百分率表示。
含有PCE-410分散剂和缓凝剂的实验4的WSR减少量为0.095。其大于实验2(缓凝剂的单独影响为WSR减少0.010)与实验3(PCE的单独影响为WSR减少0.075)的单独效果之和。这证明该缓凝剂和附着有消泡部分的分散剂之间存在协同作用。
虽然泡沫浆料以及由其制造的建筑面板已经通过特定的实施方式加以显示和描述，本领域的技术人员应当能够在更广泛的方面不背离本发明地对其进行改变和改进，如权利要求所限定的范围。

相关申请的交叉引用
本申请是序号为No.11/449,924、题目为“采用双-重复单元分散剂的石膏产品及其制造方法”、递交于2006年6月9日的未决的美国专利申请的部分继续申请，后者是序号为No.11/152,418、题目为“采用双-重复单元分散剂的石膏产品及其制造方法”、递交于2005年6月14日、目前已放弃的美国专利申请的部分继续申请。两者以参考方式合并于此。
本申请还涉及序号为No.11/xxx,xxx(代理人案号PF[59988])，与此同时递交的题目为“一种液体混合物组合物”的申请，其以参考方式合并于此。