[发明专利]具有改进强度的轻质石膏板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明记载了发泡剂(例如表面活性剂)与分散剂的结合物以及用于 石膏板制备的用途。本发明还涉及用于制备具有提高的抗压强度的轻质石 膏板的制备方法，以及轻质高强度的石膏板本身。还公开了用酮树脂作为 分散剂与表面活性剂结合而制备的轻质高强度石膏板。

背景技术

通俗而言，术语“石膏”用于无水或水合形式的化合物硫酸钙(例如石 膏岩)，包括结晶形式的该化合物，以及相应的建筑材料、硫酸钙半水合 物、硫酸钙二水合物或无水硫酸钙，以及一般而言用于硫酸钙水合物 CaSO₄·xH₂O，其中x为0-2，或其任意的混合物。

具体而言，在下文中，术语“石膏”也包含非水硬性粘合剂 (non-hydraulicbinder)和建筑材料硫酸钙半水合物或无水硫酸钙。硫 酸钙二水合物为一种矿物且在其天然存在于在地球历史过程中海洋蒸发 时所形成的大规模沉积物中。

石膏岩被开采或挖掘并运输至制造设备中。制造厂接收挖掘出的石膏， 在进行任意进一步加工之前将大块破碎。然后将碎石磨成细粉并加热至约 120-160℃，在称为煅烧的过程中除去四分之三的化学结合水。进一步加 热石膏——略微超过200℃——产生无水石膏(CaSO₄)，其在与水混合 时凝固非常缓慢。然后将煅烧的石膏(半水合物或无水石膏)CaSO₄·1/2H₂O 或CaSO₄用作石膏灰泥、熟石膏、石膏板和其他石膏制品的基料。各种 煅烧过程的产物为α-和β-半水合物。β硫酸钙半水合物通过在敞开装置 (openunits)中快速加热得到，同时水的快速蒸发在所得的无水产物中 形成空腔。α-半水合物通过在密闭高压釜中使石膏脱水而获得。与β-半水 合物相比，在该情况下形成的晶体是致密的并因此所得粘合剂需要更少的 水来再水合。

另外，硫酸钙二水合物也作为各种工业过程中的产物或副产物(合成 石膏)而获得，所述工业过程例如烟道气体脱硫(FGD)，其中通过碳 酸钙或氢氧化钙浆料从燃煤发电厂的燃烧废气中脱除掉二氧化硫。这些系 统通过使气体通过含石灰石(碳酸钙)的洗涤器而捕获二氧化硫，其中石 灰石吸收二氧化硫并与之化学地结合而形成纯硫酸钙，或石膏。

合成石膏也可为亚磷酸和氟化氢生产方法的副产物。随后将合成石膏 运送至石膏板制造厂；用于煅烧合成石膏的生产过程与开采的石膏大体相 同，仅仅是不需要初级破碎。

但是，市售可得的典型天然石膏源通常含有会降低硫酸钙水平的最高 达20％以上的黏土矿物和其他杂质。

黏土是许多细粒、土状材料的通用名，其在湿时变得可塑且其主要由 含有不同量的困在矿物结构中的水的层状硅酸盐矿物组成。存在许多类型 的已知黏土矿物。一些更常见的类型为：高岭土、伊利石、绿泥石、蛭石 和蒙皂石(又称蒙脱石)，后两者具有显著的吸附水的能力。

在化学上，黏土为水合硅酸铝，其通常含有碱金属、碱土金属和/或 铁。所述黏土矿物由相互连接的硅酸根片层与金属原子、氧和氢氧根的第 二片状组相结合所组成，形成如高岭土中的双层矿物。有时后者的片状结 构被发现夹在两个硅氧片层之间，形成例如蛭石中的三层矿物。在结构上， 黏土矿物由以层状排列的阳离子面组成，其可为四面体或八面体配位(与 氧)，而相应地，如果它们包含由两个四面体和一个八面体片层所组成的 单元，则其排列成通常描述为2:1的层，如果它们包含四面体和八面体片 层交替的单元，则其排列成通常描述为1:1的层。另外，一些2:1黏土矿 物具有在连续的2:1单元之间的层间位点，其可被通常为水合的层间阳离 子所占据。黏土矿物通过层类型来划分，而在层类型中，通过基于每个式 单元的电荷x的类别进行划分(GuggenheimS.等人，ClaysandClay Minerals，54(6)，761-772，2006)。每个式单元的电荷x为每层的净负 电荷，以正数表示。进一步细分成亚类是基于双八面体和三八面体特征， 且最终通过基于化学组成的种类进行细分，如

x≈0:叶蜡石类

x≈0.2–0.6:蒙皂石类，如蒙脱石、绿脱石、皂石或锂蒙脱石

x≈0.6–0.9:蛭石类

x≈1.8-2:脆云母类，如绿脆云母、钡铁脆云母(anandite)、钡镁 脆云母(kinoshitalite)。