專(zhuān)利名稱(chēng)：耐水性水泥制品及其制造方法
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本申請(qǐng)要求2007年4月20日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)11/738316和2007年2月12日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)60/889487的權(quán)益，其全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用合并于此。
背景技術(shù)：
諸如石膏板和水泥板等水泥制品用于各種應(yīng)用中，其中一些要求一定程度的耐水性。傳統(tǒng)的紙面水泥制品在高濕條件下或暴露在室外時(shí)，性能并不是一直很好。由此，對(duì)于這種應(yīng)用，通常理想的是使用玻璃或聚合物類(lèi)纖維氈代替紙來(lái)覆面的水泥制品。在水泥芯中使用改善芯材料自身耐水性的添加劑也是有利的。
諸如石膏板和水泥板等水泥制品的制造工藝通常包括將水泥漿料沉積在第一覆面材料上，并用相同類(lèi)型的第二覆面材料覆蓋濕漿料，使得水泥漿料夾在兩層覆面材料之間。之后，干燥除去漿料中多余的水。在最終干燥之前，使水泥漿料固化以制造固體制品。
因此，水泥制品的制造工藝通常要求覆面材料具有充分的滲透性，以便在干燥工藝中能夠從水泥漿料中除去多余的水。例如，無(wú)紡纖維玻璃氈經(jīng)常用作覆面材料，其中纖維之間的空間提供滲透性。然而，纖維覆面材料的滲透性使制造工藝更難，這是因?yàn)槌练e在纖維氈覆面材料上的水泥漿料易于滲透氈而在網(wǎng)架和裝配線上產(chǎn)生漿料堆積。漿料堆積必須定期處理。增加漿料的粘度可減少滲透過(guò)纖維氈覆面材料的漿料量，但由于例如在混合、沉淀、干燥或固化特性上的變化，所需的高粘度并不總是最適于現(xiàn)有工廠生產(chǎn)工藝。
此外，纖維氈覆面材料的滲透性也降低水泥制品的耐水性，因?yàn)樵谑褂闷陂g，水可滲入氈并與水泥芯接觸。為了緩減此問(wèn)題，有時(shí)涂布疏水性樹(shù)脂外部涂層。但是，這通常需要實(shí)施額外的后加工步驟，增加成本且不方便。
另一種方法是通過(guò)在水泥漿料中包含疏水性添加劑以進(jìn)一步提高水泥芯材料的耐水性。用于此目的的優(yōu)選添加劑為硅氧烷油。然而，使用這種添加劑的方法需要在其實(shí)施和效率上進(jìn)一步改善。
由此，仍需要一種新的耐水性水泥制品，以及制備這種制品的方法。


發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種纖維氈面水泥制品，包括(a)水泥芯；和(b)包括聚合物或礦物纖維以及在其至少一個(gè)表面上的疏水性涂層的第一纖維氈，其中疏水性涂層與水泥芯接觸。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種制造纖維氈面水泥制品的方法，包括(a)將水泥漿料沉積在包括聚合物或礦物纖維及其至少一個(gè)表面上的疏水性涂層的第一纖維氈上，其中水泥漿料沉積在疏水性涂層上；和(b)使水泥漿料固化，由此提供纖維氈面水泥制品。
在又一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種制造耐水性水泥制品的方法，包括(a)制備在水中包括約4wt％～約8wt％硅氧烷的硅氧烷水分散液；(b)將硅氧烷分散液與水泥混合物混合以提供水泥漿料；(c)將水泥漿料沉積在基材上；和(d)使水泥漿料固化，由此提供水泥制品。
由此處提供的本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)，本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)以及其它發(fā)明性特征將是顯而易見(jiàn)的。

具體實(shí)施例方式 根據(jù)本發(fā)明，纖維氈面水泥制品的實(shí)施方式包括(a)水泥芯和(b)包括聚合物或礦物纖維以及在其至少一個(gè)表面上的疏水性涂層的第一纖維氈，其中疏水性涂層與水泥芯接觸。理想地，疏水性涂層在加工過(guò)程中防止制品的水泥芯以任何實(shí)際程度滲入第一纖維氈。
第一纖維氈包括任何適宜類(lèi)型的聚合物或礦物纖維或者它們的組合。適宜纖維的非限制性實(shí)例包括玻璃纖維、聚酰胺纖維、芳族聚酰胺纖維、聚丙烯纖維、聚酯纖維(例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯醇(PVOH)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)、纖維素纖維(例如棉花、人造纖維等)等)以及它們的組合。此外，氈的纖維可為疏水或親水的、涂敷或未涂敷的。當(dāng)然，纖維的選擇部分取決于將使用水泥制品的應(yīng)用類(lèi)型。例如，當(dāng)水泥制品用于需要耐熱或耐火的應(yīng)用時(shí)，在纖維氈內(nèi)應(yīng)使用適當(dāng)?shù)哪蜔峄蚰突鹄w維。
第一纖維氈可為紡織的或無(wú)紡的，但優(yōu)選無(wú)紡氈。無(wú)紡氈包括用粘結(jié)劑粘結(jié)在一起的纖維。粘結(jié)劑可為通常用于氈工業(yè)中的任何粘結(jié)劑。適宜的粘結(jié)劑包括但不限于，脲甲醛、三聚氰胺甲醛、硬脂酸化三聚氰胺甲醛、聚酯、丙烯酸樹(shù)脂、聚乙酸乙烯酯、用聚乙酸乙烯酯或丙烯酸、苯乙烯丙烯酸聚合物改性或共混的脲甲醛或三聚氰胺甲醛以及它們的組合。適宜的纖維氈包括可購(gòu)得的用作水泥制品覆面材料的氈。
水泥制品的第一纖維氈包括在其至少一個(gè)表面上的疏水性涂層，該疏水性涂層與水泥芯接觸?？墒褂萌魏问杷酝繉硬牧稀?yōu)選地，疏水性涂層提供具有疏水度的表面，使得涂到該表面上的水呈現(xiàn)約70°或更大的接觸角，例如約70°～約130°，或者呈現(xiàn)約90°或更大的接觸角，例如約90°～約120°。接觸角可用任何適當(dāng)技術(shù)測(cè)定。
適宜的疏水性涂層材料的實(shí)例包括但不限于以下組合物，其包括，或其必要組成為，或其組成為滑石、蠟、硅類(lèi)化合物(例如硅烷或硅氧烷)、疏水性樹(shù)脂、脂肪酸(例如油酸)及其鹽(例如多價(jià)鹽)、聚乙二醇(PEG)以及長(zhǎng)鏈烴和氟碳表面活性劑(例如具有12個(gè)或更多個(gè)碳原子)以及它們的組合。
涂層材料可用本領(lǐng)域已知的任何方法以液體或固體材料(例如樹(shù)脂、濕分散粉末、干粉末或膜)涂到第一纖維氈上。例如，疏水性涂層材料可通過(guò)刷涂、噴涂、輥涂、澆注、浸漬、篩撒或覆涂疏水性涂層材料進(jìn)行涂布。諸如粉末等固體材料在涂布之前可用任何常用溶劑(例如水、醇等)或分散劑分散，只要溶劑或分散劑與纖維氈材料不發(fā)生反作用。還可使用腐蝕纖維氈的表面纖維并由此增強(qiáng)涂層材料粘附到氈的能力的溶劑。優(yōu)選地，所用任何溶劑或分散劑都易干且不會(huì)留下阻礙涂層粘附到纖維氈上的殘留物。液體或分散的涂層材料可具有適合涂布到纖維氈的任何粘度。通常，液體或分散的涂層材料的粘度可為約50～200克雷布斯單位(KU)(約300～20000cP)，例如約80～150克雷布斯單位(KU)(約800～8000cP)。
考慮到，纖維氈的表面為不規(guī)則表面，涂層材料不需要提供完全連續(xù)的涂層。例如，當(dāng)使用液體或粉末涂層組合物時(shí)，涂層材料會(huì)落入氈的纖維之間的空隙中，在涂層中留下間隙或孔隙。然而，優(yōu)選以足夠量涂布涂層材料以提供連續(xù)且理想地與第一纖維氈的尺寸共同擴(kuò)張的涂層。
涂布第一纖維氈的疏水性涂層優(yōu)選為層的形式。該層理想地足夠厚，以使得在生產(chǎn)過(guò)程能減緩或防止水泥漿料滲透過(guò)第一纖維氈。不希望受任何具體理論的限制，確信與不含疏水層和/或物理阻塞纖維氈孔隙的纖維氈相比，由于疏水層上水泥漿料的表面張力減小，疏水層能夠減緩或阻止?jié){料滲透。通常，涂層將在氈(和任何用于粘結(jié)氈纖維的樹(shù)脂粘結(jié)劑)上提供層，該層的平均厚度為至少約25微米(例如至少約25～約500微米)、至少約100微米(例如至少約100～約500微米或約200～約400微米)，或至少約200微米(例如約200～約500微米或約200～約400微米)，或者甚至至少約300微米(例如約300～約500微米或約300～約400微米)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，第一纖維氈并非充分嵌入水泥芯內(nèi)。優(yōu)選地，將小于約50％的氈厚嵌入水泥芯內(nèi)，更優(yōu)選將小于約30％、小于約15％、小于約10％，或者甚至是小于約2％(例如小于約1％)的氈厚嵌入水泥芯內(nèi)。不希望受任何具體理論的限制，確信第一纖維氈的疏水性涂層在生產(chǎn)過(guò)程中至少在某種程度上防止第一纖維氈嵌入到水泥芯中。在本發(fā)明相關(guān)且優(yōu)選的方面，至少一部分水泥芯粘附到疏水性涂層上。
應(yīng)理解的是，第一纖維氈具有兩個(gè)覆面表面面向外的表面和面向水泥芯的表面。根據(jù)本發(fā)明，面向水泥芯的第一纖維氈的表面包括疏水性涂層。面向外的表面不需要包括疏水性涂層。然而，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，纖維氈面向外的表面也可包括在此說(shuō)明的疏水性涂層?；蛘?，面向外的表面可用本領(lǐng)域公知的任何方法進(jìn)行其它處理，或者可保持未處理。
水泥制品可選擇地包括含有聚合物或礦物纖維的第二纖維氈，其中水泥芯放置在第一纖維氈和第二纖維氈之間。第二纖維氈可與第一纖維氈相同或不同。此外，第二纖維氈可包括在此說(shuō)明的疏水性涂層，或者可不含這種涂層。當(dāng)水泥制品為板或盤(pán)(例如石膏板、水泥板等)的形式時(shí)，第二纖維氈優(yōu)選在材料和相對(duì)于水泥芯的取向上都與第一纖維氈相同，或者具有與第一纖維氈十分相似的膨脹和收縮性能，由此減少或消除水泥制品的翹曲。當(dāng)?shù)诙w維氈與第一纖維氈相同時(shí)，應(yīng)理解的是，第一和第二纖維氈可通過(guò)連續(xù)的單片材料來(lái)提供，例如通過(guò)折疊單片纖維氈以使其包裹在水泥芯的周?chē)?br> 水泥芯可包括任何材料、物質(zhì)、或者包含或來(lái)自水凝水泥的組合物以及任何適宜的添加劑?？捎糜谒嘈镜牟牧系姆窍拗菩詫?shí)例包括波特蘭水泥、栗色水泥(sorrel cement)、礦渣水泥、粉煤灰水泥、鋁酸鈣水泥、水溶性硫酸鈣無(wú)水石膏、α-半水硫酸鈣、β-半水硫酸鈣、天然、合成或化學(xué)改性的半水硫酸鈣、二水硫酸鈣(“石膏”、“硬石膏”或“水石膏”)以及它們的混合物。在此使用的術(shù)語(yǔ)“硫酸鈣材料”是指以上提及的任何形式的硫酸鈣。
添加劑可為通常用于制造諸如石膏板或水泥板等水泥制品的任何添加劑。這些添加劑包括但不限于，諸如礦棉、連續(xù)或切斷的玻璃纖維(也稱(chēng)作玻璃絲)、珍珠巖、粘土、蛭石、碳酸鈣、聚酯和紙纖維等結(jié)構(gòu)添加劑；以及諸如發(fā)泡劑、填充劑、促進(jìn)劑、糖等化學(xué)添加劑；諸如磷酸鹽、膦酸鹽、硼酸鹽等增強(qiáng)劑；緩凝劑；粘結(jié)劑(例如淀粉和膠乳)；著色劑；殺真菌劑；抗微生物劑等。這些或其它添加劑的一些使用實(shí)例例如在美國(guó)專(zhuān)利6,342,284、6,632,550、6,800,131、5,643,510、5,714,001和6,774,146以及美國(guó)專(zhuān)利公布2004/0231916A1、2002/0045074A1和2005/0019618A1中進(jìn)行了說(shuō)明。
優(yōu)選地，水泥芯包括硫酸鈣材料、波特蘭水泥或者它們的混合物。有利地，水泥芯還包括適量的諸如硅類(lèi)材料(例如硅烷、硅氧烷或硅樹(shù)脂基體)等疏水劑以改善芯材料的耐水性。還優(yōu)選水泥芯包括硅氧烷催化劑，例如氧化鎂(例如重?zé)趸V)、粉煤灰(例如C級(jí)粉煤灰)或者它們的混合物。硅氧烷和硅氧烷催化劑可用任何適宜的方法以任何適宜量加入，該方法為在此說(shuō)明的有關(guān)制備本發(fā)明的耐水性水泥制品的方法，或者例如在美國(guó)專(zhuān)利公布2006/0035112A1或2007/0022913A1中說(shuō)明的方法。理想地，水泥芯還包括諸如磷酸鹽(例如在美國(guó)專(zhuān)利6,342,284、6,632,550和6,800,131以及美國(guó)專(zhuān)利公布2002/0045074A1、2005/0019618A1和2007/0022913A1中說(shuō)明的多磷酸鹽)等強(qiáng)度改善劑和/或預(yù)共混的不穩(wěn)定和穩(wěn)定的脂肪酸鹽(例如在美國(guó)專(zhuān)利5,683,635和5,643,510中說(shuō)明)。水泥芯可包括紙或玻璃纖維，但優(yōu)選基本不含紙和/或玻璃纖維(例如包括低于約1wt％、低于約0.5wt％、低于約0.1wt％，或者甚至低于約0.05wt％的紙和/或玻璃纖維，或者不含這種纖維)。
水泥制品可為適于所需應(yīng)用的任何類(lèi)型或形狀。水泥制品的非限制性實(shí)例包括任何尺寸或形狀的石膏板材和水泥板材。
水泥制品可用任何適宜方法制備，包括但不限于在此說(shuō)明的創(chuàng)造性方法。根據(jù)本發(fā)明，制備纖維氈面水泥制品的方法的實(shí)施方式包括(a)將水泥漿料沉積在包括聚合物或礦物纖維的第一纖維氈上，其中第一纖維氈在其至少一個(gè)表面上包括疏水性涂層，且水泥漿料沉積在疏水性涂層上；和(b)使水泥漿料固化，由此提供纖維氈面水泥制品。
根據(jù)本發(fā)明，制備水泥制品的方法可通過(guò)在本領(lǐng)域已知的用于制造纖維氈面水泥制品的現(xiàn)有石膏板生產(chǎn)線上實(shí)施。簡(jiǎn)單地說(shuō)，該工藝通常包括將纖維氈材料放到傳送帶或靠著傳送帶的網(wǎng)架上，然后放置在混合機(jī)的排出管下(例如本領(lǐng)域已知的出口-罐-進(jìn)料口裝置或者在美國(guó)專(zhuān)利6,494,609和6,874,930中說(shuō)明的裝置)。將水泥漿料的各組分進(jìn)料給包括排出管的混合機(jī)，它們?cè)诨旌蠙C(jī)內(nèi)經(jīng)攪拌形成水泥漿料?？蓪⑴菽尤氲脚懦龉軆?nèi)(例如在美國(guó)專(zhuān)利5,683,635和6,494,609中說(shuō)明的出口中)。將水泥漿料排放到纖維氈覆面材料上。需要時(shí)，將漿料在纖維氈覆面材料上展開(kāi)，且可選擇地用第二覆面材料覆蓋，第二面材料可為纖維氈或其它類(lèi)型的覆面材料(例如紙、箔、塑料等)。將由此提供的濕水泥部件傳送到將制品尺寸制成所需厚度的成形處和將制品切成所需長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)刀片區(qū)域以提供水泥制品。使水泥制品固化，且可選擇地用干燥工藝(例如風(fēng)干或?qū)⑺嘀破吠ㄟ^(guò)干燥爐)除去多余的水。用于執(zhí)行此類(lèi)步驟的上述各步驟以及工藝和設(shè)備是本領(lǐng)域已知的。在諸如石膏和水泥板等水泥制品的制造中也經(jīng)常在沉積初始漿料之前將較厚層的漿料沉積在覆面材料上，并利用振動(dòng)以消除沉積漿料中的大孔隙或氣囊。而且，有時(shí)也使用本領(lǐng)域已知的硬邊。這些步驟或組成部分(厚漿料層、振動(dòng)和/或硬邊)能夠可選擇地與本發(fā)明結(jié)合使用。
根據(jù)制備水泥制品的方法，所用第一纖維氈的所有方面如關(guān)于本發(fā)明的水泥制品所作說(shuō)明。
盡管水泥漿料與第一纖維氈的疏水性涂層接觸，但水泥漿料優(yōu)選基本不滲入第一纖維氈，由此防止第一纖維氈以任何實(shí)際程度嵌入水泥漿料。優(yōu)選地，水泥漿料滲入低于約50％的氈厚度，更優(yōu)選低于約30％、低于約15％、低于約10％，或者甚至低于約2％(例如低于約1％)的氈厚度。最優(yōu)選地，水泥漿料一點(diǎn)也不滲透過(guò)氈上的疏水性涂層。根據(jù)本發(fā)明相關(guān)且優(yōu)選的方面，至少一部分水泥漿料優(yōu)選粘附在疏水性涂層上。
在第一纖維氈傳送到生產(chǎn)線上之前，可將疏水性涂層涂布到第一纖維氈上。或者，可在生產(chǎn)線上將疏水性涂層涂布到第一纖維氈上。在這點(diǎn)上，本發(fā)明的方法可進(jìn)一步包括在第一纖維氈上沉積水泥漿料之前將疏水性涂層沉積到第一纖維氈上。正如在此之前所述，可使用任何適宜的疏水性涂層材料。疏水性涂層可通過(guò)本領(lǐng)域任何一種技術(shù)沉積在第一纖維氈上，例如刷涂、噴涂、輥涂、澆注、浸涂、篩撒或覆涂疏水性涂層材料。
當(dāng)以液體涂布時(shí)，疏水性涂層優(yōu)選在將水泥漿料沉積到第一纖維氈上之前干燥。疏水性涂層可用任何適宜方法干燥，例如對(duì)涂層或包含涂層的氈供熱。
可選擇地，制備纖維氈面水泥制品的方法可進(jìn)一步包括在使水泥漿料固化之前，將水泥漿料與第二纖維氈接觸，其中水泥漿料布置在第一纖維氈和第二纖維氈之間。第一和第二纖維氈的所有其它方面如關(guān)于本發(fā)明的水泥制品所作說(shuō)明。
水泥漿料包括前文關(guān)于水泥制品的水泥芯所述適宜的或優(yōu)選的任何水泥材料和添加劑以及用于提供適宜粘度的足量的水。當(dāng)用坍塌試驗(yàn)測(cè)定時(shí)，水泥漿料通常產(chǎn)生一個(gè)直徑為約5″～約8″(或者約10cm～約20cm)的餅形，例如約6″～約7″(或者約15cm～約18cm)。用坍塌試驗(yàn)測(cè)定漿料粘度的程序是本領(lǐng)域已知的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，2″(或者5cm)直徑的管內(nèi)裝有4″(10cm)高的漿料。在5秒鐘內(nèi)從生產(chǎn)線上對(duì)漿料取樣，將漿料從管內(nèi)釋放到平坦的水平面上并展開(kāi)成餅形。當(dāng)漿料停止展開(kāi)時(shí)，測(cè)定漿料餅的最寬直徑(在漿料餅為非圓形(例如橢圓形)時(shí)，將漿料餅的最寬直徑與最寬直徑垂直方向上的漿料餅直徑平均)。
制備纖維氈面水泥制品的方法的其它方面如關(guān)于本發(fā)明的水泥制品所作說(shuō)明。在此并未具體說(shuō)明的制備纖維氈面水泥制品的方法的那些方面可通過(guò)常規(guī)水泥制品、特別是纖維氈面水泥制品的制造中已知并使用的技術(shù)來(lái)提供。
在一個(gè)相關(guān)方面，本發(fā)明提供一種制備耐水性水泥制品的方法，包括(a)制備在水中包括約4wt％～約8wt％硅氧烷的硅氧烷水分散液；(b)將硅氧烷分散液與水泥混合物混合以提供水泥漿料；(c)將水泥漿料沉積在覆面或其它類(lèi)型的基材上；和(d)使水泥漿料固化，由此提供水泥制品。
可使用任何適于對(duì)水泥混合物提供耐水性的硅氧烷。硅氧烷可為環(huán)狀氫改性硅氧烷，或者優(yōu)選線型氫改性硅氧烷。硅氧烷理想為液體(例如硅氧烷油)。通常，在本發(fā)明的實(shí)踐中適用的線型氫改性硅氧烷包括具有通式-Si(H)(R)-O-的重復(fù)單元的硅氧烷，其中R表示飽和或不飽和一價(jià)烴基。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，R表示烷基，且最優(yōu)選R為甲基。優(yōu)選的硅氧烷能夠形成高度交聯(lián)的硅樹(shù)脂。在聚合過(guò)程中，端基通過(guò)縮聚除去并硅氧烷基連接在一起以形成硅樹(shù)脂。也發(fā)生鏈的交聯(lián)。所得硅樹(shù)脂在石膏基體形成時(shí)對(duì)其提供耐水性。適宜的此類(lèi)硅氧烷可購(gòu)得，并在專(zhuān)利文獻(xiàn)中進(jìn)行了說(shuō)明(例如瓦克化學(xué)有限責(zé)任公司(德國(guó)，慕尼黑)銷(xiāo)售的商品名為SILRES BS 94的低溶劑或無(wú)溶劑甲基氫硅氧烷液體)。
硅氧烷分散液優(yōu)選通過(guò)將硅氧烷和水以足量加入到混合機(jī)中以提供在水中包括約4wt％～約8wt％硅氧烷、優(yōu)選約4wt％～約5wt％硅氧烷的分散液，并加工該混合物以制成分散液來(lái)制備。更優(yōu)選地，分散液包括在水中高于4wt％和/或低于8wt％的硅氧烷。作為示例，分散液可包括在水中從約4.1wt％、4.2wt％、4.3wt％、4.4wt％、4.5wt％到約5wt％、6wt％或7wt％的硅氧烷。優(yōu)選地，分散液包括在水中的硅氧烷液滴，其中液滴具有約50微米或更小的平均粒徑，優(yōu)選約30微米或更小，或者甚至是約20微米或更小(例如約10微米或更小)。更優(yōu)選地，液滴具有粒徑分布，使得約75％或更多、80％或更多、85％或更多、甚至90％或更多或者甚至95％或更多的液滴具有約50微米或更小的平均粒徑，優(yōu)選約30微米或更小，或者甚至是約20微米或更小(例如約10微米或更小)。分散液中硅氧烷液滴的粒徑和粒徑分布可用常規(guī)技術(shù)測(cè)定，例如通過(guò)動(dòng)態(tài)光散射分析測(cè)定。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，將分散液穩(wěn)定，使得硅氧烷液滴在足以使分散液與水泥芯的其它組分混合期間內(nèi)在水中仍保持分散(即，硅氧烷相與水相沒(méi)有實(shí)際分離)。例如，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，分散液將具有穩(wěn)定性，使得混合后立即取出并使其靜止的分散液樣品在1分鐘內(nèi)(例如2分鐘內(nèi))在樣品表面上不呈現(xiàn)出可視液滴聚結(jié)。
理想地，使用高剪切或超高剪切混合機(jī)在水中分散硅氧烷。高剪切或超高剪切混合機(jī)可為能夠制造硅氧烷在水中的分散液的任何混合機(jī)，在分散液中硅氧烷液滴具有上述粒徑或粒徑分布特性。合適類(lèi)型的高剪切混合機(jī)包括機(jī)械剪切混合機(jī)，例如銷(xiāo)型、葉片型、轉(zhuǎn)子-定子型和圓盤(pán)型混合機(jī)以及液壓剪切混合機(jī)。優(yōu)選的混合機(jī)為那些能夠產(chǎn)生約9000～約15000英尺/分鐘(FPM)(或者約40～約80米/秒(mps))的葉片端速，例如為約10000～約12000FPM(或者約50～約60mps)。可使用的高剪切混合機(jī)的非限制性實(shí)例包括Silverson Machines公司(East Longmeadow，MA)制造的312/45MS高剪切混合機(jī)(20hp，3600RPM)和Charles Ross & Son公司(Hauppauge，NY)制造的X-系列乳化混合機(jī)(30～75HP)，例如ME-430XS-6、ME-440XS-9、ME-475XS-12、HSM709X-40、HMS712X-75。
硅氧烷和水可單獨(dú)或一起、同時(shí)或以任何次序先后引入分散混合機(jī)中，優(yōu)選高剪切混合機(jī)。當(dāng)分散液通過(guò)間歇混合制備時(shí)，水優(yōu)選在硅氧烷之前加入。但對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)法間歇混合通常是不方便或不經(jīng)濟(jì)的。由此，優(yōu)選使用串聯(lián)分散混合機(jī)，以便以連續(xù)方式生產(chǎn)分散液，其中硅氧烷和水以適當(dāng)比例連續(xù)且同時(shí)供應(yīng)給串聯(lián)分散混合機(jī)。硅氧烷水分散液優(yōu)選不包括乳化劑或分散劑。
硅氧烷水分散液與水泥混合物混合以提供水泥漿料。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，水泥混合物包括固體組分和液體組分。作為示例，在水中包括上述量的硅氧烷的硅氧烷分散液可直接引入包含水泥混合物的固體組分和/或液體組分的混合機(jī)(例如板式混合機(jī))中。但優(yōu)選硅氧烷分散液首先與水泥混合物的液體組分(例如水)混合，然后與水泥混合物的固體組分混合(例如將硅氧烷分散液加入到定量水或其它水中，隨后送到板式混合機(jī)中)。基于最終水泥產(chǎn)品(例如固化、干燥的水泥產(chǎn)品)的重量，硅氧烷分散液優(yōu)選以足以在最終水泥產(chǎn)品中提供約0.3wt％～約2wt％、例如約0.5wt％～約1.5wt％或約0.6wt％～約1wt％的硅氧烷含量的量加入到水泥混合物中。例如，假定為1500Ibs/msf的水泥板材(例如標(biāo)準(zhǔn)1/2″的石膏板材)，硅氧烷分散液能夠以足以在最終的水泥產(chǎn)品(例如固化、干燥的水泥產(chǎn)品)中提供約5Ibs硅氧烷/1000sq.ft～約30Ibs硅氧烷/1000sq.ft(或者約20克硅氧烷/平方米～約150克硅氧烷/平方米)、例如約7Ibs硅氧烷/1000sq.ft～約20Ibs硅氧烷/1000sq.ft(或者約30克硅氧烷/平方米～約100克硅氧烷/平方米)或者甚至約10Ibs硅氧烷/1000sq.ft～約14Ibs硅氧烷/1000sq.ft(或者約50克硅氧烷/平方米～約70克硅氧烷/平方米)的量加入到水泥混合物中。
水泥漿料可選擇地包括硅氧烷催化劑，例如粉煤灰、特別是C級(jí)粉煤灰、氧化鎂、特別是重?zé)趸V或者最優(yōu)選它們的組合。基于干的水泥組分重量(例如灰泥的干重)，粉煤灰優(yōu)選以約0.1％～約5％的量使用?；诟伤嘟M分重量(例如灰泥的干重)，氧化鎂優(yōu)選以約0.1％～約0.5％的量使用。粉煤灰與氧化鎂的比例理想地為約2∶1～約3∶1。
水泥漿料的其它方面如前文關(guān)于根據(jù)本發(fā)明制備氈面水泥制品的方法所作說(shuō)明。制備硅氧烷水乳液并使水乳液與水泥漿料混合的其它方面如美國(guó)專(zhuān)利公布2007/0022913A1中所作說(shuō)明。
如本文關(guān)于制備纖維氈面水泥制品的方法所作說(shuō)明，水泥漿料可根據(jù)已知方法沉積在基材上并在現(xiàn)有生產(chǎn)線上進(jìn)行，只要纖維氈面材料無(wú)需用作基材。相反地，基材可為任何合適的基材，例如通常用于覆面水泥制品的任何覆面材料(例如紙覆面材料)。但優(yōu)選基材為包括聚合物或礦物纖維的纖維氈覆面材料。
將包括聚合物或礦物纖維的第一纖維氈用作基材特別有利，其中第一纖維氈在其至少一個(gè)表面上具有疏水性涂層。當(dāng)使用這種基材時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選在纖維氈的疏水性涂層上沉積漿料。此外，可有利地使用第一和第二纖維氈，其中水泥漿料布置在纖維氈之間。適宜的此類(lèi)纖維氈、疏水性涂層以及使用它們以提供水泥制品的方法如關(guān)于本發(fā)明的纖維氈面水泥制品和用于制備纖維氈面水泥制品的方法所作說(shuō)明。
制備耐水性水泥制品的方法的所有其它方面如關(guān)于纖維氈面水泥制品或制造氈面水泥制品的方法所作說(shuō)明。在此未具體描述的制備耐水性水泥制品的方法的各方面可通過(guò)常規(guī)水泥制品、特別是纖維氈面水泥制品制造中已知并使用的技術(shù)來(lái)提供。
實(shí)施例1 以下實(shí)施例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的纖維氈面水泥制品的制備。
制備兩種類(lèi)型的纖維氈包括全部是玻璃纖維的第一氈和包括85wt％玻璃纖維和15wt％聚酯纖維共混物的第二氈。兩種氈均是無(wú)紡的，且包括19wt％的三聚氰胺甲醛/丙烯酸粘結(jié)劑。
水泥漿料通過(guò)表1中提供的配方在板式混合機(jī)內(nèi)制備。用SilversonMachines公司(East Longmeadow，MA)制造的高剪切混合機(jī)(例如312/45MS高剪切混合機(jī)(20hp，3600rpm))和Charles Ross & Son公司(Hauppauge，NY)制造的X-系列乳化混合機(jī)(60Hz，3,600rpm)將漿料的硅氧烷組分分散在水中(例如4.1～4.4wt％的硅氧烷水分散液)，并引入用于制備漿料的定量水中。
將纖維氈固定以用作水泥板材的正面(向下形成)和背面(向上形成)。使氈通過(guò)拉緊和取向系統(tǒng)，并使正面氈折疊以在所需板寬度(例如48″)上形成所需厚度(例如5/8″)和所需側(cè)邊(例如正方形)。優(yōu)選地，將疏水性涂層涂布到正面氈上。使正面氈從板式混合機(jī)下方通過(guò)，并將水泥漿料沉積在正面氈上。在沉積水泥漿料之前并不沉積稠厚層，并關(guān)閉任何漿料振動(dòng)裝置以有助于減少漿料滲透過(guò)氈。
表1 將在適當(dāng)位置具有漿料的折疊正面氈形成外殼，并在成型板的下面通過(guò)。在形成的正面氈進(jìn)入成型板的地方，布置背面氈與正面氈的各側(cè)邊接觸。使用合成膠顆粒在兩個(gè)氈交疊的地方將正面玻璃氈與背面玻璃氈粘合。在此交疊處，漿料不與正面和背面玻璃氈接觸。
將充滿漿料、已完成的玻璃氈外殼從成型板中引出并傳送給板傳送帶。導(dǎo)向裝置將各側(cè)邊保持在合適的位置上，直至漿料在約30秒時(shí)沿著板傳送帶與水化合，此時(shí)側(cè)邊自承重。板進(jìn)一步沿著線移動(dòng)直至其開(kāi)始自承重。之后，用板刀將板切成略長(zhǎng)于其所需最終長(zhǎng)度的長(zhǎng)度。倒置板并移入干燥爐內(nèi)以除去多余的水。
制得的產(chǎn)品為耐水性改善的纖維氈面水泥產(chǎn)品。
實(shí)施例2 以下實(shí)施例說(shuō)明將疏水性涂層涂布到纖維氈覆面材料上用于防止水泥漿料滲透過(guò)纖維氈的效率。
在不同的固體含量和粘度下，將分散在包含0.05wt％多磷酸三鉀(分散劑)的水中的滑石粉(Talcron 40～26，5微米粒徑)涂布到無(wú)紡玻璃纖維氈上以5密耳或15密耳(基于濕膜厚度)的厚度涂布?xì)帧１?中提供了涂層的固體含量、粘度和厚度。涂層5～7還包含羥乙基纖維素粘度增強(qiáng)劑(0.05wt％)。涂層7進(jìn)一步包括1wt％的白蠟。之后，將水泥漿料沉積在涂層材料上。
表2 目測(cè)漿料滲透量并與通過(guò)將相同的漿料涂布到玻璃纖維氈上提供的對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，該玻璃纖維氈與用于測(cè)試涂層1～7的氈相同，但不包括涂層材料。
與對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)氈相比，更少量的漿料將滲透包括涂層材料的氈，表明對(duì)纖維氈覆面材料使用疏水性涂層可減少或消除漿料滲透過(guò)纖維氈。
實(shí)施例3 以下實(shí)施例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的耐水性水泥制品的制備。
水泥漿料用表1中提供的配方在板式混合機(jī)內(nèi)制備。用SilversonMachines公司(East Longmeadow，MA)制造的312/45MS高剪切混合機(jī)(20hp，3600RPM)將漿料的硅氧烷組分分散在水中(例如4.1～4.4wt％的硅氧烷水分散液)，并引入用于制備漿料的定量水中。將硅氧烷分散液以足以提供包括11Ib硅氧烷/msf板(約0.43％wt/wt)的最終水泥產(chǎn)品的量引入到板式混合機(jī)內(nèi)。將漿料與標(biāo)準(zhǔn)制造工藝結(jié)合使用以制造符合ASTM C1396/C1396M-06標(biāo)準(zhǔn)的紙面板材產(chǎn)品，該產(chǎn)品利用ASTM標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試法C 473進(jìn)行2個(gè)小時(shí)浸沒(méi)的目標(biāo)是形成不含10％板缺陷的覆面和5％的耐水性石膏背襯板。
第二水泥漿料以相同方式制備，區(qū)別在于使用Charles Ross & Son公司(Hauppauge，NY)制造的X-系列乳化混合機(jī)ME-430XS-6代替Silverson混合機(jī)，并將硅氧烷分散液以足以提供包括10Ib硅氧烷/msf板(約0.39％wt/wt)的最終水泥產(chǎn)品的量加入到板式混合機(jī)內(nèi)。將漿料與標(biāo)準(zhǔn)制造工藝結(jié)合使用以制造符合ASTM C1396/C 1396M-06標(biāo)準(zhǔn)的紙面板材產(chǎn)品，該產(chǎn)品利用ASTM標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試法C 473進(jìn)行2個(gè)小時(shí)浸沒(méi)的目標(biāo)是形成不含10％板缺陷的覆面和5％的耐水性石膏背襯板。
為了用常規(guī)工藝生產(chǎn)出符合ASTM C1396標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，通常需要更高含量的硅氧烷(例如相當(dāng)于12.5Ibs硅氧烷/msf或約0.5％wt/wt)。上述實(shí)施例說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明制備耐水性水泥制品可有利地與較低的硅氧烷含量一起使用。
由此，在此引用的包括公布、專(zhuān)利申請(qǐng)和專(zhuān)利的所有參考文獻(xiàn)通過(guò)引用以相同程度合并，就如將各個(gè)參考文獻(xiàn)單獨(dú)而具體地說(shuō)明以通過(guò)引用而合并，且在此以其整體進(jìn)行陳述。
在此說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在閱讀上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上，對(duì)優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行變更而不背離本發(fā)明的精神和范圍是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明包括所有修改和適用法律許可的此處所附權(quán)利要求書(shū)中陳述的主題等效物。此外，在其所有可能變更中，上述要素的任何組合也包含在本發(fā)明中，除非在此另外說(shuō)明或者在上下文中明顯矛盾。
權(quán)利要求
1、一種纖維氈面水泥制品，包括
(a)水泥芯；和
(b)包括聚合物或礦物纖維以及在其至少一個(gè)表面上的疏水性涂層的第一纖維氈，其中所述疏水性涂層與所述水泥芯接觸。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥制品，其中所述疏水性涂層包括滑石、蠟、疏水性樹(shù)脂、硅類(lèi)化合物、脂肪酸或其鹽、聚乙二醇、具有12個(gè)或更多個(gè)碳原子的烴或氟碳表面活性劑或它們的組合。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥制品，其中所述疏水性涂層提供厚度至少為約25微米的層。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥制品，其中聚合物或礦物纖維為玻璃纖維、聚酯纖維或它們的組合。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥制品，進(jìn)一步包括含有聚合物或礦物纖維的第二纖維氈，其中所述水泥芯放置在所述第一纖維氈和所述第二纖維氈之間。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥制品，其中所述水泥芯基本不含礦物纖維或紙纖維。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥制品，其中所述水泥芯包括疏水性添加劑。
8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的水泥制品，其中所述疏水性添加劑為硅類(lèi)材料。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥制品，其中所述水泥芯包括不穩(wěn)定的脂肪酸鹽和穩(wěn)定的脂肪酸鹽。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥制品，其中所述水泥芯包括多磷酸鹽。
11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的水泥制品，其中所述多磷酸鹽為三偏磷酸鈉。
12、一種制造纖維氈面水泥制品的方法，包括
(a)將水泥漿料沉積在第一纖維氈上，所述第一纖維氈包括聚合物或礦物纖維以及在其至少一個(gè)表面上的疏水性涂層，其中所述水泥漿料沉積在所述疏水性涂層上；和
(b)使所述水泥漿料固化，由此提供纖維氈面水泥制品。
13、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述疏水性涂層包括滑石、蠟、疏水性樹(shù)脂、硅類(lèi)化合物、脂肪酸或其鹽、聚乙二醇、具有12個(gè)或更多個(gè)碳原子的烴或氟碳表面活性劑或它們的組合。
14、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括在所述水泥漿料沉積在所述第一纖維氈上之前，將疏水性涂層沉積在所述纖維氈上。
15、根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括在所述水泥漿料沉積在所述第一纖維氈上之前，干燥所述疏水性涂層。
16、根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述疏水性涂層提供厚度至少為約25微米的層。
17、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述聚合物或礦物纖維為玻璃纖維、聚酯纖維或它們的組合。
18、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在使所述水泥漿料固化之前，將所述水泥漿料與第二纖維氈接觸，其中所述水泥漿料放置在所述第一纖維氈和所述第二纖維氈之間。
19、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述水泥漿料基本不含紙纖維或礦物纖維。
20、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述水泥漿料包括疏水性添加劑。
21、根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述疏水性添加劑為硅氧烷。
22、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中將所述水泥漿料在包括排出管的混合機(jī)內(nèi)混合，并且在所述漿料沉積在所述第一纖維氈之前，將泡沫加入到所述排出管內(nèi)的水泥漿料中。
23、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述水泥漿料包括預(yù)共混的不穩(wěn)定脂肪酸鹽和穩(wěn)定的脂肪酸鹽。
24、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述水泥漿料包括多磷酸鹽。
25、根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述多磷酸鹽為三偏磷酸鈉。
26、一種制造耐水性水泥制品的方法，包括
(a)制備在水中包括約4wt％～約8wt％硅氧烷的硅氧烷水分散液；
(b)將硅氧烷分散液與水泥混合物混合以提供水泥漿料；
(c)將所述水泥漿料沉積在基材上；和
(d)使所述水泥漿料固化，由此提供耐水性水泥制品。
27、根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述硅氧烷水分散液包括平均粒徑低于約50微米的分散的硅氧烷粒子。
28、根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述硅氧烷粒子具有小于約30微米的平均粒徑。
29、根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中基于固化的干水泥漿料重量，所述硅氧烷水分散液以足以提供約0.3wt％～約2wt％硅氧烷的量加入到所述水泥混合物中。
30、根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述水泥混合物包括固體組分和液體組分，且所述硅氧烷分散液首先與所述水泥混合物的液體組分混合，隨后與所述水泥混合物的固體組分混合。
31、根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述基材為包括聚合物或礦物纖維的第一纖維氈。
32、根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述第一纖維氈包括疏水性涂層，且所述水泥漿料沉積在所述疏水性涂層上。
33、根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括在所述水泥漿料沉積在所述第一纖維氈上之前，將疏水性涂層沉積在所述纖維氈上。
34、根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括在所述水泥漿料沉積在所述第一纖維氈上之前，干燥所述疏水性涂層。
35、根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述疏水性涂層包括滑石、蠟、疏水性樹(shù)脂、硅類(lèi)化合物、脂肪酸或其鹽、聚乙二醇、具有12個(gè)或更多個(gè)碳原子的烴或氟碳表面活性劑或它們的組合。
36、根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述疏水性涂層提供厚度至少為約25微米的層。
37、根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述聚合物或礦物纖維為玻璃纖維、聚酯纖維或它們的組合。
38、根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，進(jìn)一步包括在使所述水泥漿料固化之前，將所述水泥漿料與第二纖維氈接觸，其中所述水泥漿料放置在所述第一纖維氈和所述第二纖維氈之間。
39、根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述水泥漿料基本不含紙纖維或礦物纖維。
40、根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中將所述水泥漿料在包括排出管的混合機(jī)內(nèi)混合，并且在所述漿料沉積在所述基材上之前，將泡沫加入到所述排出管內(nèi)的水泥漿料中。
41、根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述水泥漿料包括預(yù)共混的不穩(wěn)定的脂肪酸鹽和穩(wěn)定的脂肪酸鹽。
42、根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述水泥漿料包括多磷酸鹽。
43、根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述多磷酸鹽為三偏磷酸鈉。
全文摘要
一種纖維氈面水泥制品，包括(a)水泥芯；和(b)包括聚合物或礦物纖維以及在其至少一個(gè)表面上的疏水性涂層的第一纖維氈，其中疏水性涂層與水泥芯接觸。一種制造纖維氈面水泥制品的方法，以及一種制造耐水性水泥制品的方法，包括(a)制備硅氧烷水分散液，其中該分散液包括約4wt％～約8wt％的硅氧烷；(b)將硅氧烷分散液與水泥混合物混合以提供水泥漿料；(c)將水泥漿料沉積在基材上；和(d)使水泥漿料固化，由此提供水泥制品。
文檔編號(hào)E04C2/04GK101605654SQ200880004796
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2008年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者迪克·C·恩布雷希特, 劉清俠, 邁克爾·P·沙克, 王旭明, 大衛(wèi)·保羅·米勒, 邁克爾·L·博林德, 保羅·里德, 唐納德·L·羅埃夫斯, 拉斐爾·布里 申請(qǐng)人:美國(guó)石膏公司