湿式石膏硬化促進剤、ならびにこれに関する方法、組成物及び製品
中央粒度が約０．５ミクロン〜約２ミクロンであり、硫酸カルシウム二水和物を含む粉砕品と、水と、（ｉ）有機ホスホン酸化合物、（ｉｉ）ホスフェート含有化合物、又は（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の混合物からなる群から選択される少なくとも１種の添加剤とを含む湿式石膏硬化促進剤が開示される。湿式石膏硬化促進剤を調製する方法、仮焼石膏を水和することによって硬化石膏のインターロッキングマトリックス、硬化石膏含有組成物及び硬化石膏含有製品を形成する方法も開示される。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、広く、石膏組成物に関する。より詳細には、本発明は、仮焼石膏の硫酸カルシウム二水和物への水和を促進するための湿式石膏硬化促進剤、ならびにこれに関する方法、組成物及び製品に関する。
【０００２】
（発明の背景）
硫酸カルシウム二水和物を含む硬化石膏は、通常多様な種類の製品中に含まれているよく知られた材料である。例として、硬化石膏は、通常のプラスターを使用して創生される最終製品、例えば、プラスターで表面塗装した建築物内壁、ならびに建築物の内装壁及び天井の通常の乾式壁構造で用いる石膏ボードの主成分である。加えて、硬化石膏は、石膏／セルロース繊維複合ボード及び製品の主成分であり、石膏ボードの端部間の接合部を充填し、平滑にする製品にも含まれている。
【０００３】
通常、こうした石膏含有製品は、仮焼石膏、つまり硫酸カルシウム半水和物及び／又は硫酸カルシウム無水物と水、及び所望により他の成分との混合物を形成することによって調製される。該混合物は、通常、所定の形状に、又は基材の表面上に流延される。仮焼石膏は、水と反応することによって結晶性の水和石膏、すなわち硫酸カルシウム二水和物のマトリックスを形成する。これは、仮焼石膏の所望の水和であり、この水和によって硬化石膏のインターロッキングマトリックスの形成が可能になり、それによって石膏含有製品中の石膏構造に強度が賦与される。一般に、水和速度及び転換割合百分率が、石膏含有製品の最終強度及び生産速度に影響を与えることになろう。穏やかな加熱を使用することによって未反応水を追い出し、乾燥製品を得ることができる。
【０００４】
作製される石膏含有製品の種類に拘らず、硬化促進剤を、仮焼石膏及び水を含む混合物中に通常含ませることによって水和の効率が増進し、硬化時間が制御され、製造速度が最大になる。通常、硬化促進剤材料は、一般に「石膏種」と呼称される乾燥微粉砕硫酸カルシウム二水和物を含む。石膏種によって硬化石膏結晶の核生成が増進され、そのために結晶速度が増加する。当技術分野において知られているように、通常の石膏種硬化促進剤材料は、通常の条件下でも時間の経過とともに徐々にその効果を失う。この点において、粉砕中でも硬化促進剤の効果が一部失われ、石膏種は、取扱い中又は保管中に時間とともに効力を失う。通常の硬化促進剤材料での硬化促進効果の喪失は、硬化促進剤を熱及び／又は水分に曝露した場合に加速される。
【０００５】
石膏種の効果が時間とともに失われることを防止するために、特に熱及び／又は水分の条件下では、硫酸カルシウム二水和物硬化促進剤材料を、例えば、スクロース、デキストロースなどを含めたショ糖、デンプン、ホウ酸、又は長鎖脂肪酸、及びそれらの塩など、多数の周知の任意の被覆剤で被覆することが普通である。硬化促進剤は例えば水分と接触すると効果が失われるので、通常の耐熱性硬化促進剤材料は、粉砕と供給の両方が乾燥形態で行われる。というのは、硬化促進剤粒子は望ましくない凝集をするから及び／又は石膏と被覆剤はともにその性質上しばしば吸湿性であり、それ故水分を吸収するからである。
【０００６】
湿式石膏硬化促進剤（ｗｅｔ ｇｙｐｓｕｍ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）は、本願の譲受人に譲渡された米国特許第６４０９８２５号において開示された。しかし、優れた特性を備えた湿式石膏硬化促進剤に対する必要性、ならびにそうした硬化促進剤を製造するための新規な技法及びシステムに対する必要性が依然存在している。
【０００７】
（発明の簡単な概要）
本発明は、湿式石膏硬化促進剤、湿式石膏硬化促進剤を調製する方法、仮焼石膏を水和することによって硬化石膏のインターロッキングマトリックスを形成する方法、硬化石膏含有組成物、及び硬化石膏含有製品を提供する。
【０００８】
本発明の湿式石膏硬化促進剤は、中央粒度（ｍｅｄｉａｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ）が約０．５ミクロン〜約２ミクロンである粉砕品を含み、該粉砕品は、硫酸カルシウム二水和物を含む。湿式石膏硬化促進剤は、水、ならびに、（ｉ）有機ホスホン酸化合物及び（ｉｉ）ホスフェート含有化合物から選択される少なくとも１種の添加剤をさらに含む。（ｉ）及び（ｉｉ）の混合物も使用し得る。湿式石膏硬化促進剤は、湿式粉砕を介して調製される。水、添加剤及び石膏を任意の順序で合わせることによって混合物を形成するが、所望ならば他の任意選択の成分をも加える。水と合わせる場合、石膏は、硫酸カルシウム二水和物の形態でよく、あるいは、石膏の少なくとも一部は、仮焼石膏、つまり硫酸カルシウム半水和物及び／又は硫酸カルシウム無水物の形態でもよい。仮焼石膏は、水の存在下で少なくとも部分的に硫酸カルシウム二水和物に転換される。石膏の湿式粉砕における過剰水は、粉砕を促進するのに望ましい。粉砕を開始するとき、石膏は硫酸カルシウム二水和物の形態であることが好ましいが、仮焼石膏をすべて硫酸カルシウム二水和物に転換する前に、粉砕を開始してもよい。硫酸カルシウム二水和物を添加剤（複数可）の存在下で湿式粉砕することによって湿式石膏硬化促進剤を形成する。
【０００９】
本発明による湿式石膏硬化促進剤は、硬化石膏含有組成物を調製するために、及び硬化石膏含有組成物を含む製品のために有用である。詳細には、本発明の湿式石膏硬化促進剤を任意の順序において水及び仮焼石膏と合わせることによって水性混合物を形成することができ、該混合物中で仮焼石膏が水和することによって硬化石膏のインターロッキングマトリックスが形成される。仮焼石膏は、最初に水と混合され、次いで湿式石膏硬化促進剤と混合されるのが好ましい。
【００１０】
本発明によれば、湿式石膏硬化促進剤は、粉砕品を含む。粉砕品は、硫酸カルシウム二水和物を含む。粉砕品の中央粒度は、約０．５ミクロン〜約２ミクロンである。上記の湿式石膏硬化促進剤は、仮焼石膏の水和速度を増加させて硬化石膏のインターロッキングマトリックスを形成することによって硬化石膏含有組成物及び製品を作製する効率を改良することが判明した。この改良は、５０％水和時間によって測定し得る。本発明は、限定されないが、天井材料、壁ボードなどのボード、プラスター、結合用コンパウンド、床材料、スペシャリティー材料などの、仮焼石膏から形成される多様な任意の硬化石膏含有製品の製造において有用である。
【００１１】
本発明の湿式石膏硬化促進剤は、湿式石膏硬化促進剤を水性仮焼石膏混合物に添加することによって当技術分野で周知の多様な任意の方法により調製される硬化石膏製品の調製において使用し得る。水性石膏混合物に湿式石膏硬化促進剤を導入する適切な一方法は、平行して出願され、共同所有の米国特許出願「ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＡＤＤＩＮＧ Ａ ＨＩＧＨ ＶＩＳＣＯＳＩＴＹ ＧＹＰＳＵＭ ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＴＯ Ａ ＰＯＳＴ−ＭＩＸＥＲ ＡＱＵＥＯＵＳ ＤＩＳＰＥＲＳＩＯＮ ＯＦ ＣＡＬＣＩＮＥＤ ＧＹＰＳＵＭ」（代理人参照番号第２３４９１０号）において記載されている。
【００１２】
有利には、本発明の湿式石膏硬化促進剤は、非常な長寿命を示し、長期間その有効性を維持するので、作製し、使用前に、保管し、長距離輸送することもできる。その特別な性質のために、湿式石膏硬化促進剤は、高耐熱性及び／又は耐水性の材料であると見なされるので、それらに曝露してもその有効性のすべて又は大部分を維持する。好ましい実施形態では、本発明は、製造コストをも低減する。というのは、添加剤は、好ましくは、比較的少量で提供され、漆喰スラリーの水と漆喰（ｓｔｕｃｃｏ）の比は、湿式石膏硬化促進剤が使用される場合、乾式石膏硬化促進剤に比較して低減するからである。湿式石膏硬化促進剤は、長期間にわたり、高湿度に曝露してもその高い有効性を維持するので、炭酸カリウムや硫酸アルミニウムなどの第２の硬化促進剤材料を一般に必要としないが、その場合、本発明によって製造費はさらに低減されることになる。それでも、所望であれば第２の硬化促進剤材料を使用し得る。硬化促進剤を、仮焼石膏、及び限定されないが、石膏−セルロース繊維壁ボードなどのある種の硬化石膏含有製品を作製する際に使用する他の成分と湿式で混合することが可能であることによって、本発明は、製造の容易さ及び効率をも増進する。
【００１３】
石膏ボード及び繊維パネルを製造するための湿式石膏硬化促進剤は、漆喰水和速度を改良し、漆喰の有効性を改良し、製造コストを低減するために有用である。漆喰の有効性は、転換速度によって測定し得る。
【００１４】
本発明のこうした利点及び他の利点、ならびにその他の発明の特徴は、本発明の説明から明らかとなろう。本発明は、好ましい実施形態の以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解され得る。
【００１５】
（発明の詳細な説明）
本発明は、粉砕品を含む湿式石膏硬化促進剤を提供する。粉砕品は、多様な添加剤の存在において硫酸カルシウムという物質を湿式粉砕した製品である。こうした添加剤は、有機ホスホン酸化合物、ホスフェート含有化合物、及び有機ホスホン酸化合物とホスフェート含有化合物の混合物から選択される添加剤を含む。粉砕品の中央粒度の範囲は、約０．５ミクロン〜約２ミクロンであり、粉砕品は、少なくとも硫酸カルシウム二水和物及び水を含み、１つ又は複数の添加剤化合物を、粉砕中を含めてさらに含んでもよい。１種を超える各種の添加剤を本発明の実施において使用し得る。粉砕品の中央粒度は、漆喰の水和の硬化促進効率を犠牲にすることなく連続又はバッチ製造プロセスにおいて利用するのに必要なワーカビリティーを有する石膏湿式スラリーにとって重要である考えられる。
【００１６】
発明の湿式石膏硬化促進剤は、中央粒度が約０．５ミクロン〜約２ミクロンである粉砕品を生成するのに十分な条件下で添加剤の存在において硫酸カルシウム二水和物を湿式粉砕することによって好ましくは調製される。一旦調製されると、本発明の湿式石膏硬化促進剤は、硬化石膏含有製品を製造する効率を増進するのに有用である。湿式石膏硬化促進剤を仮焼石膏及び水、ならびに所望の他の成分と合わせることによって混合物を形成し、該混合物を、硬化石膏含有製品を製造する際に所定の形状に、又は基材表面上に流延する。石膏の技術分野ではよく知られているように、仮焼石膏は、水の存在において水和することによって結晶性水和石膏を形成する。水和する仮焼石膏の量が十分存在する場合、硬化石膏のインターロッキングマトリックスが通常形成される。
【００１７】
仮焼石膏及び水の混合物中に本発明の湿式石膏硬化促進剤を含ませると、仮焼石膏が水和して所望の硬化石膏含有製品の硫酸カルシウム二水和物になる速度、及びそうなるのに要する時間の予想性が増進する。本発明の湿式石膏硬化促進剤が、生成する硬化石膏インターロッキングマトリックスでの結晶化速度を増加させることによって核生成サイトを供給すると考えられる。本発明の湿式石膏硬化促進剤は、例えば、通常の石膏ボード、又はＵＳＧ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＦＩＢＥＲＯＣＫ（登録商標）複合パネルなどの石膏−セルロース繊維ボード、及び天井材料、床材料、結合用コンパウンド、プラスター、スペシャリティー製品などの、多様な任意の硬化石膏含有製品を作製するのに使用し得る。
【００１８】
本発明による湿式石膏硬化促進剤は、顕著な長寿命を示すので、その効力のすべて又は大部分を長期間維持する。好ましくは、本発明の湿式石膏硬化促進剤は、その効力のすべて又は大部分を少なくとも数週間、より好ましくは少なくとも数ヶ月、例えば、３ヶ月、さらにより好ましくは少なくとも６ヶ月又はそれ以上維持する。その結果として、湿式石膏硬化促進剤は、調製され、次いで使用の前に、貯蔵及び／又は輸送することができ、輸送は長距離でもよい。本発明の湿式石膏硬化促進剤は、高温及び／又は高湿度に曝露されても有効性を持続することが好ましい。また、この発明の湿式石膏硬化促進剤は、高湿度に曝露されても長時間効力を維持するので、炭酸カリウムや硫酸アルミニウムなどの第２の硬化促進剤材料は、本発明の実施において必要としないが、所望なら、ある種の用途及び実施向けに第２の硬化促進剤材料を含ませることができる。本発明による湿式石膏硬化促進剤は、乾式又は湿式いずれかの原料供給システムによって調製される硬化石膏含有製品を作製する際に使用し得る。例えば、石膏ボードを製造するための乾式原料供給システム、及び石膏−セルロース繊維複合ボードを作製するための湿式原料供給システムがある。一部の実施形態では、湿式石膏硬化促進剤は、水の存在において製造されるが、一旦製造したら、硬化促進剤は、乾燥してもよい。
【００１９】
本発明による湿式石膏硬化促進剤は、湿式粉砕によって調製される。粉砕プロセスにおいて利用される原料石膏材料は、任意の適切な初期中央粒度であればよい。一部の実施形態では、原料石膏材料の初期中央粒度は、５０ミクロン以上である。一部の実施形態では、原料石膏材料は、天然石膏であり、初期中央粒度が約２０ミクロン〜約３０ミクロンである。一部の実施形態では、原料石膏材料は、合成石膏であり、初期中央粒度が約４０ミクロン〜約１００ミクロンである。本発明によれば、石膏、水及び少なくとも１種の添加剤を合わせることによって混合物を形成する。一部の実施形態では、湿式粉砕用の混合物を形成するのに使用される石膏は、硫酸カルシウム二水和物である。他の実施形態では、石膏は、水と合わせる場合、仮焼石膏の形態でもよい。仮焼石膏である場合、仮焼石膏は、一部の水と水和することによって硫酸カルシウム二水和物を形成すると考えられる。湿式粉砕を開始するとき、石膏が硫酸カルシウム二水和物の形態であることが好ましいが、この時点では、仮焼石膏のすべてが硫酸カルシウム二水和物に転換されていることが必要であるとは限らない。好ましくは仮焼石膏を水和するのに必要とする量を超える十分な水の量を混合物中に含ませることによって、硫酸カルシウム二水和物が形成された後の湿式粉砕ステップに適合させる。こうした場合、添加剤は、好ましくは大部分、より好ましくはすべての硫酸カルシウム二水和物が形成された後に添加することによって、添加剤の硫酸カルシウム二水和物への曝露が最大になる。
【００２０】
水と合わせた、又は水中で仮焼石膏から形成された後の硫酸カルシウム二水和物は、添加剤成分の存在において湿式粉砕されることによって湿式石膏硬化促進剤を形成する。一般に、生成した粉砕品の中央粒度が小さいほど、硬化石膏含有組成物及び製品を作製する際の硬化促進効果が良好である。しかし、中央粒度が減少するにつれて、湿式石膏硬化促進剤スラリーの粘度が増加するので、該スラリーの取扱い及び加工が益々困難になる。高粘度のスラリーは、粉砕後、又は粉砕の次の経路で追加の水又は水溶液により希釈することによって取扱い及び加工をより容易にすることが可能である。したがって、硫酸カルシウム二水和物の粒度は、硬化石膏を効率的に生成するのに所望の大きさにすることができる。追加の希釈ステップを実施しない一部の実施形態では、十分大きい粒度を用いることによって、スラリーポンプ及び他の加工機械が、粉砕及び硬化石膏形成プロセスでスラリーを効率的に取り扱うことが可能になるのに十分な低さの粘度を有する湿式石膏硬化促進剤スラリーを製造し得る。他の実施形態では、小さい粒度を維持し、スラリーを使用する前に希釈する。
【００２１】
硫酸カルシウム二水和物、水及び添加剤を含む混合物は、好ましくは、粉砕品の中央粒度が約０．５ミクロン〜約２ミクロンであるスラリーを提供するのに十分な条件下で粉砕される。好ましくは、粉砕品の中央粒度は、約１ミクロン〜約１．７ミクロンである。より好ましくは、粉砕品の中央粒度は、約１ミクロン〜約１．５ミクロンである。望ましくは、硫酸カルシウム二水和物粒子に対する粒度分布の標準偏差は、５ミクロン未満である。好ましくは、標準偏差は、３ミクロン未満である。湿式石膏硬化促進剤の粒度は、レーザー散乱分析及び／又は他の適切な技法を用いて測定し得る。適切なレーザー散乱装置は、Ｈｏｒｉｂａ、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃｋ及びＭａｌｖｅｒｎから入手可能である。実施例の節に記載した測定にはＨｏｒｉｂａの装置を用いた。
【００２２】
あるいは、硫酸カルシウム二水和物、水及び添加剤を含む混合物は、望ましくは、室温〜約１５０°Ｆの範囲の温度で粘度が約１０００ｃＰ以上の範囲であるスラリーを提供するのに十分な条件下で粉砕される。通常、湿式石膏硬化促進剤の粘度は、約１０００ｃＰ〜約５０００ｃＰの範囲である。好ましくは、湿式石膏硬化促進剤の粘度は、約２０００ｃＰ〜約４０００ｃＰの範囲である。より好ましくは、湿式石膏硬化促進剤の粘度は、約２５００ｃＰ〜約３５００ｃＰの範囲である。一部の実施形態では、粘度範囲は、約２８００ｃＰ〜約３２００ｃＰである。上記の粘度範囲は、粘度又はその測定値に対して顕著な効果を有することのある分散剤又は他の化学添加剤がない場合に測定された範囲である。
【００２３】
粉砕プロセスの粉砕品は、形状が非常に不規則であり、非晶質であることが判明した。通常の湿式粉砕プロセスによって形成された硫酸カルシウム二水和物は、通常結晶性が高い。添加剤の存在における湿式粉砕では、明確な結晶性の石膏粒子を形成するための再結晶化が阻害される。したがって、粉砕品は、実質的に非晶質であり、これは、粉砕品がほとんど又はまったく明確な結晶形状を含まないことを意味する。通常、粉砕品の約６０％以上が非晶質である。好ましくは、粉砕品の約７５％以上が非晶質である。より好ましくは、粉砕品の約９０％以上が非晶質である。
【００２４】
粉砕品の表面積は、レーザー散乱分析によって水中で測定された場合、約２０，０００ｃｍ２／ｇ以上である。好ましくは、粉砕品の表面積は、約３０，０００ｃｍ２／ｇ以上、又は４０，０００ｃｍ２／ｇ以上である。一般に、粉砕品の表面積は、約１００，０００ｃｍ２／ｇ以下である。好ましい実施形態では、粉砕品の表面積は、約２０，０００ｃｍ２／ｇ〜約８０，０００ｃｍ２／ｇ、又は約４０，０００ｃｍ２／ｇ〜約８０，０００ｃｍ２／ｇである。
【００２５】
本発明によれば、硫酸カルシウム二水和物、水及び添加剤の混合物は、ミルアセンブリにおいて湿式粉砕される。第１番目に、硫酸カルシウム二水和物、水及び添加剤を任意の順序で合わせ、次いでミルアセンブリまでポンプ輸送する。ミルアセンブリは、任意の適切なミルアセンブリでよい。通常、ミルアセンブリは、ディスク及びスペーサーを備えたミルシャフトと、複数のビーズとを含む粉砕室を備える。ディスク及びスペーサーは、任意の適切な材料を含み、例えば、ディスク及びスペーサーは、ステンレス鋼、ＰＲＥＭＡＬＬＯＹ（登録商標）、ナイロン、セラミック及びポリウレタンのうちの少なくとも１種を含む。ディスク及びスペーサーは、好ましくは、ＰＲＥＭＡＬＬＯＹ（登録商標）を含む。粉砕室において使用するために選択されたディスクは、任意の適切な形状でよい。通常、ディスクは、標準の平板ディスク又はピンディスクであり、具体的には、ミル内の媒体の軸流を改良するように設計されたピンディスクである。ミルシャフト及び対応する粉砕室は、水平又は垂直方向でよい。好ましい実施形態では、ミルシャフトは、水平方向である。通常、粉砕室は、水冷ができるようにジャケットが備えてある。好ましくは、粉砕室は、水冷することによって粉砕温度を一定に維持する。
【００２６】
ミルアセンブリは、任意の適切なビーズ、例えば、ボール及び／又は球を含んでよい。ビーズは、任意の適切な材料を含んでよい、例えば、ビーズは、１つ又は複数の金属、あるいは１つ又は複数のセラミックを含んでよい。適切な金属として、ステンレス鋼、炭素鋼、クロム合金鋼などが挙げられる。適切なセラミック材料として、ジルコニア、アルミナ、セリア、シリカ、ガラスなどが挙げられる。実験室での試験が示すように、硫酸カルシウム二水和物の硫酸基は、ミル内に腐食環境を生成する。したがって、耐食性であるビーズを使用することが好ましい。耐食性ビーズとして、ステンレス鋼ビーズ、又は耐食材料で被覆した鋼ビーズ、及びセラミックビーズが挙げられる。特に好ましい実施形態では、ビーズは、２０％のセリアと８０％のジルコニアを含むセリア安定化ジルコニア、例えば、Ｊｙｏｔｉ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｉｎｄｓ．，Ｎａｓｈｉｋ，Ｉｎｄｉａから市販されているＺＩＲＣＯＮＯＸ（登録商標）ビーズを含む。
【００２７】
ミルアセンブリとともに使用されるビーズは、任意の適切な大きさ及び密度でよい。通常、ビーズの大きさ及び密度は、硫酸カルシウム二水和物の大きさ、及びしたがって、粉砕プロセスによって生成する湿式石膏硬化促進剤の粘度を、少なくとも部分的に決定することになろう。中央粒度が約０．５ミクロン〜約２ミクロンである硫酸カルシウム二水和物を実現するために、平均ビーズ径が約０．５ｍｍ〜約３ｍｍであるビーズを使用することが望ましい。好ましくは、ビーズの平均ビーズ径は、約１ｍｍ〜約２ｍｍである。望ましくは、ビーズの密度は、約２．５ｇ／ｃｍ３以上である。好ましくは、ビーズの密度は、約４ｇ／ｃｍ３以上である。より好ましくは、ビーズの密度は、約６ｇ／ｃｍ３以上である。特に好ましい実施形態では、ビーズは、中央粒度が約１．２ｍｍ〜約１．７ｍｍで、密度が約６．１ｇ／ｃｍ３以上であるＺＩＲＣＯＮＯＸ（登録商標）セラミックビーズである。望ましくは、ビーズは、ミルアセンブリ中に約７０容積％以上の量において存在する。好ましくは、約７０容積％〜約９０容積％のビーズが、ミルアセンブリ中に存在する。より好ましくは、約７５容積％〜約８５容積％のビーズが、ミルアセンブリ中に存在する。
【００２８】
本発明の湿式石膏硬化促進剤は、バッチ操作又は連続操作において製造し得る。壁ボードの用途向けの通常の湿式石膏硬化促進剤を製造するシステムでは、第１番目に、硫酸カルシウム二水和物、水及び添加剤を原料供給タンク内で混合する。一部の実施形態では、この混合は、約８分間実施される。混合時間は、部分的に、バッチの大きさ及び原料供給速度によって決まる。一部の実施形態では、自動供給システムを介して硫酸カルシウム二水和物をミルアセンブリに添加することが望ましい。次いで、供給ポンプによって、生成混合物を水冷ミルアセンブリまで運ぶ。混合物を、連続粉砕し、約１０分間以上、閉回路再循環系内を再循環させる。実際の粉砕時間は、硫酸カルシウム二水和物粒子に対して所望の最終中央粒度及び／又は湿式石膏硬化促進剤スラリーに対して所望の粘度、ならびに硫酸カルシウム二水和物粒子を粉砕するのに使用する粉砕ビーズの大きさ及び密度によって、少なくとも部分的に決定される。通常、混合物は、約１５分間〜約５０分間粉砕される。好ましくは、混合物は、約２０分間〜約４０分間粉砕される。より好ましくは、混合物は、約２５分間〜約３５分間粉砕される。一旦所望の中央粒度が得られたら、混合物をミルアセンブリから排出する。一部の実施形態では、約０．５ミクロン〜約２ミクロンの中央粒度が得られる。バッチ操作では、混合物は、保留タンクに輸送される。バッチ操作を実施する場合、通常、混合物は、閉回路系を介して粉砕アセンブリ内を複数回通過して粉砕される。一部の実施形態では、約１０〜１５ガロン／分の流速で約４〜５回の通過が行われる。連続操作モードでは、混合物は、ボードミキサーに直接輸送される。連続操作を実施する場合、通常、混合物は、約２〜３ガロン／分の流速で１回の通過で粉砕される。
【００２９】
本発明の湿式石膏硬化促進剤は、仮焼石膏混合物が硬化石膏に転換する速度を促進及び／又は制御するのに有効な量において、望ましくは仮焼石膏の水性混合物に添加される。通常、水和速度は、「５０％水和時間」に基づいて評価される。より多量の硬化促進剤を使用することによって、５０％水和時間を短縮し得る。石膏硬化促進剤は、核生成サイトを提供するので、より多数の二水和物結晶が形成され、より多数のより薄い石膏結晶が得られる。炭酸カリウム、硫酸アルミニウムなどの他の硬化促進剤は、存在している石膏結晶をより急速に成長させ、より数の少ないより太った結晶が生成する。多数のより薄い石膏結晶は、より数の少ないより太った結晶に比較して、より強いより良好なマトリックスを作製する。
【００３０】
仮焼石膏の硬化石膏への水和は、発熱プロセスであるので、水和によって引き起こされる温度上昇を求め、次いで温度上昇をもたらすのに必要とする時間数を測定することによって５０％水和時間を計算し得る。時間における中間点が、５０％水和時間に対応することが判明したが、これは当業者には周知である。好ましくは、本発明による湿式石膏硬化促進剤では、仮焼石膏の５０％水和時間は約８分間以下、より好ましくは６分間以下になる。さらにより好ましくは、本発明による湿式石膏硬化促進剤を使用すると、仮焼石膏の５０％水和時間は約５分以下〜約４分以下になる。５０％水和時間は、硬化促進剤の使用量、硫酸カルシウム半水和物及び水の使用量、スラリーの初期温度、混合中に使用される混合エネルギーなどの多数の異なる因子の影響を受け得る。水和を測定する場合、ＷＧＡの量や種類などの試験対象の変数を除く変数を固定した対照を使用し得る。この手順によって、多様な種類の一般の硬化促進剤、及び特定の種類のＷＧＡを比較することができる。
【００３１】
仮焼石膏の水性混合物に添加する湿式石膏硬化促進剤の量は、硬化遅延剤、分散剤、泡、でんぷん、紙繊維などの含有量など、仮焼石膏の水性混合物の成分で決まることになろう。例として、発明の湿式石膏硬化促進剤は、仮焼石膏の約０．０５重量％〜約３重量％の量、より好ましくは、仮焼石膏の約０．５重量％〜約２重量％の量において供給し得る。
【００３２】
本発明の湿式石膏硬化促進剤中に含まれる硫酸カルシウム二水和物を調製するために使用する仮焼石膏は、硫酸カルシウムα半水和物、硫酸カルシウムβ半水和物、水溶性硫酸カルシウム無水物、又はこのような多様な形態の硫酸カルシウム半水和物及び無水物の混合物の形態でよい。仮焼石膏は、繊維状でも非繊維状でもよい。さらに、本発明の湿式石膏硬化促進剤を使用することによって、任意のこのような形態の硫酸カルシウム半水和物及び無水物、ならびに繊維状及び非繊維状形態の仮焼石膏などの多様な形態の硫酸カルシウム半水和物及び無水物の混合物の水和を促進し得る。
【００３３】
いかなる特定の理論にも束縛されることを望むものではないが、粉砕すると、本発明による所望の添加剤は、硫酸カルシウム二水和物の生成した新鮮な外表面に結合することによって、硫酸カルシウム二水和物を少なくとも部分的に被覆すると考えられる。添加剤は、硫酸カルシウム二水和物の粉砕された新鮮な表面の活性サイトに強く、直ちに吸着すると考えられ、もしそうでなければ、望ましくない再結晶化が行われる恐れがあろう。結果として、そうした活性サイトに吸着することによって、添加剤は、活性サイトの大きさ及び形状を保護することによって粉砕石膏が水及び熱に曝露されて再結晶することを防止し、粉砕プロセス自体の実施中において粉砕石膏の活性サイトを保護すると考えられる。
【００３４】
本発明の湿式石膏硬化促進剤において使用するのに適した有機ホスホン酸化合物は、少なくとも１個のＲＰＯ３Ｍ２官能基を含み、式中、Ｍは、カチオン、リン又は水素であり、Ｒは、有機基である。例として、有機ホスホネート及びホスホン酸が挙げられる。有機ポリホスホン酸化合物が好ましいが、有機モノホスホン酸化合物も本発明に従って利用し得る。好ましい有機ポリホスホン酸化合物は、少なくとも２個のホスホン酸塩基もしくはホスホン酸イオン基、少なくとも２個のホスホン酸基、又は少なくとも１個のホスホン酸塩基もしくはホスホン酸イオン基と少なくとも１個のホスホン酸基を含む。本発明によるモノホスホン酸化合物は、１個のホスホン酸塩基もしくはホスホン酸イオン基、又は少なくとも１個のホスホン酸基を含む。
【００３５】
有機ホスホン酸化合物の有機基は、リン原子に直接結合している。本発明において使用するのに適した有機ホスホン酸化合物として、限定されないが、以下の構造を特徴とする化合物が挙げられる。
【化１】
このような構造では、Ｒは、リン原子Ｐに直接結合した少なくとも１個の炭素原子を含む有機部分を指し、ｎは、約１〜約１，０００、好ましくは、約２〜約５０の数である。
【００３６】
有機ホスホン酸化合物として、例えば、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）、ヘキサメチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、ならびに例えば、上記の任意の酸の、五ナトリウム塩、四ナトリウム塩、三ナトリウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩、アンモニウム塩、カルシウム塩又はマグネシウム塩などの任意の適切な塩、あるいは上記の塩及び／又は酸の組合せが挙げられる。一部の実施形態では、Ｓｏｌｕｔｉａ，Ｉｎｃ．，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，Ｍｉｓｓｏｕｒｉから市販されているＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）ホスホネートが、本発明において利用される。ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）ホスホネートの例として、ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）２０００、ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）２００６、ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）２０１６、ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）２０５４、ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）２０６０Ｓ、ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）２０６６Ａなどが挙げられる。適切な有機ホスホン酸化合物の他の例は、例えば、米国特許第５７８８８５７号に存在する。
【００３７】
本発明の利点を提供する任意の適切なホスフェート含有化合物を利用し得る。例として、ホスフェート含有化合物は、オルトホスフェートでも、ポリホスフェートでもよく、さらに、ホスフェート含有化合物は、イオン、塩又は酸の形態でよい。
【００３８】
本発明によるホスフェートの適切な例は、当業者には明らかであろう。例えば、限定されないが、リン酸モノアンモニウム、リン酸モノナトリウム、リン酸モノカリウム、又はそれらの組合せなどの一塩基性リン酸塩を含めた任意の適切なオルトホスフェート含有化合物を本発明の実施において利用し得る。好ましい一塩基性リン酸塩は、リン酸モノナトリウムである。多塩基性オルトホスフェートも本発明に従って利用し得る。
【００３９】
同様に、任意の適切なポリホスフェートも本発明に従って使用し得る。ポリホスフェートは、環式でも非環式でもよい。環式ポリホスフェートの例として、複塩、つまり、２個のカチオンを有するトリメタリン酸塩を含めたトリメタリン酸塩が挙げられる。トリメタリン酸塩は、例えば、トリメタリン酸ナトリウム、トリメタリン酸カリウム、トリメタリン酸カルシウム、トリメタリン酸ナトリウムカルシウム、トリメタリン酸リチウム、トリメタリン酸アンモニウム、トリメタリン酸アルミニウムなど、及びそれらの組合せから選択し得る。トリメタリン酸ナトリウムが、好ましいトリメタリン酸塩である。任意の適切な非環式ポリリン酸塩も本発明に従って利用し得る。好ましくは、非環式ポリリン酸塩は、少なくとも２個のリン酸塩単位を有する。例として、本発明による適切な非環式ポリリン酸塩として、限定されないが、ピロリン酸塩、トリポリリン酸塩、約６〜約２７個の反復リン酸塩単位を有するヘキサメタリン酸ナトリウム、約６〜約２７個の反復リン酸塩単位を有するヘキサメタリン酸カリウム、約６〜約２７個の反復リン酸塩単位を有するヘキサメタリン酸アンモニウム、及びそれらの組合せが挙げられる。本発明による好ましい非環式ポリリン酸塩は、Ｓｏｌｕｔｉａ，Ｉｎｃ．，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯからＣＡＬＧＯＮ（登録商標）として市販されており、それは、約６〜約２７個の反復リン酸塩単位を有するヘキサメタリン酸ナトリウムである。加えて、ホスフェート含有化合物は、任意の上記の塩の酸形態でもよい。酸は、例えば、リン酸でもポリリン酸でもよい。
【００４０】
好ましくは、ホスフェート含有化合物は、ピロリン酸四カリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、ピロリン酸四ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムカリウム、６〜約２７個のリン酸塩単位を有するヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸アンモニウム、トリメタリン酸ナトリウム、及びそれらの組合せからなる群から選択される。
【００４１】
本発明の湿式石膏硬化促進剤中の成分は、任意の適切な量において供給し得る。例えば、硫酸カルシウム二水和物は、硬化促進剤の少なくとも約２０重量％、好ましくは、硬化促進剤の少なくとも約３０重量％の量において供給し得る。硫酸カルシウム二水和物は、例えば、硬化促進剤の約３５重量％〜約４５重量％の量において、より好ましくは、硬化促進剤の約３８重量％〜約４２重量％の量において存在し得る。一般に、固体含量がより低いと、効率はより高いが、粉砕時間が著しく増加し、処理量及び／又は生産速度が減少する。
【００４２】
添加剤は、コストを最小にし、一方では、湿式石膏硬化促進剤が、長期間その効果を維持し、水及び熱への曝露に耐えることによって長寿命の増進という所望の利点をなお実現するために、好ましくは、可能な限り少ない量において供給される。好ましくは、添加剤成分は、単一添加剤でも添加剤の組合せでも、硫酸カルシウム二水和物の約０．１重量％〜約１０重量％の量において、より好ましくは、硫酸カルシウム二水和物の約０．１重量％〜約２重量％の量において、さらにより好ましくは、硫酸カルシウム二水和物の約０．１重量％〜約１重量％の量において供給される。
【００４３】
好ましい実施形態では、少なくとも１種の有機ホスホン酸化合物が、添加剤として利用される。有機ホスホン酸化合物は、比較的少量含む場合でも、硬化促進剤の効果を増進する点で優れている。より好ましくは、少なくとも１種のホスフェート含有化合物は、少なくとも１種の有機ホスホン酸化合物と組み合わせて使用される。例えば、多様な活性サイトの大きさ及び形状の応じて、有機ホスホン酸化合物は、一部の活性サイトにおける核生成を増進し得、一方ホスフェート含有化合物は、組合せが好ましい他のサイトにおいて作用すると考えられる。さらに、好ましい実施形態では、ホスフェート含有化合物、特に、少なくとも１種のイオン及び／又は塩を含めたトリメタホスフェート化合物などの環式化合物を有機ホスホン酸化合物と一緒に加えることによって経時劣化耐性が増進する。ホスフェート含有化合物を含むと、硬化促進剤の湿潤強度が安定化し、維持されることによって湿式石膏硬化促進剤の経時劣化特性が改良される。
【００４４】
１種を超える添加剤を含む本発明の実施形態では、添加剤はそれぞれ、好ましくは、長寿命及び／又は所望の５０％水和時間を実現するのに適した量において含まれるが、好ましくは、添加剤の合計量は、上記の範囲内に収まる。例えば、少なくとも１種のホスフェート含有化合物を少なくとも１種の有機ホスホン酸化合物と組み合わせて使用する実施形態では、有機ホスホン酸化合物は、好ましくは、硫酸カルシウム二水和物の約０．０５％〜９．９５重量％の量において含まれ、ホスフェート含有化合物は、同様に、硫酸カルシウム二水和物の約０．０５％〜９．９５重量％の量において好ましくは存在する。一部の実施形態では、添加剤は、硫酸カルシウム二水和物の最大１０重量％まで存在する。一部の実施形態では、添加剤は、硫酸カルシウム二水和物の約０．０５％〜約４．９５重量％存在する。特に好ましい実施形態では、添加剤は、硫酸カルシウム二水和物の約０．５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）五ナトリウム塩と、硫酸カルシウム二水和物の約０．５重量％のトリメタリン酸ナトリウムの混合物である。
【００４５】
本発明の追加の利点としては、湿式石膏硬化促進剤は、予備処理として有機ホスホン酸化合物及び／又は無機ホスフェート化合物を供給する手段として利用することによって、生成した硬化石膏含有組成物及び製品、例えば、壁ボード、天井などの、例えば、強度、寸法安定性、耐永久変形などの多様な特性を増進し得る。これらの点については、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願０８／９１６０５８号（放棄）、ならびに本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，３４２，２８４号、第６，４０９，８２４号及び第６，６３２，５５０号において記載されており、それらは、その全体の参照により本明細書に組み込まれている。
【００４６】
以下の実施例は、本発明をさらに例示するものであるが、いかなる点においてもその範囲を限定するものではない。
【００４７】
実施例１：水和速度
本実施例は、湿式石膏硬化促進剤の調製を例示し、本発明の湿式石膏硬化促進剤を使用することに由来する、乾式石膏硬化促進剤と比較した仮焼石膏の水和速度及び効果の増進を実際に示すものである。
【００４８】
湿式石膏硬化促進剤（ＷＧＡ）をそれぞれ調製するために、ＰＲＥＭＡＬＬＯＹ（登録商標）ディスク及びスペーサーを備えたＰｒｅｍｉｅｒ ＨＭ−５湿式ビーズミルを使用して、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ’ｓ Ｇａｌｅｎａ Ｐａｒｋ 工場からの硫酸カルシウム二水和物を、１つ又は複数の添加剤の存在下で最初に湿式粉砕した。硫酸カルシウム二水和物出発材料の初期の中央粒度は、約５５ミクロンであった。具体的には、工程水５０ガロン、硫酸カルシウム二水和物４００ポンド、ならびに硫酸カルシウム二水和物に対してそれぞれ０．５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）、五ナトリウム塩（Ｄｅｑｕｅｓｔ（登録商標）２００６）及びトリメタリン酸ナトリウム（ＮａＴＭＰ）を合わせ、直径が１．２ｍｍ〜１．７ｍｍで、密度が６．１ｇ／ｃｍ３であるＺＩＲＣＯＮＯＸ（登録商標）セラミックビーズを７５〜８２体積％含むスパイラル溝付ステンレス鋼粉砕室において流速１３〜１５ガロン／分、再循環４〜５回通過で、それぞれ１０分間、２０分間及び２５分間粉砕した。ＷＧＡ組成物の粉砕時間が長いほど、粉砕品の中央粒度は小さい。ＷＧＡ組成物それぞれの生成の中央粒度を表１に示す。
【００４９】
次いで、ＷＧＡ試料をそれぞれ試験することによって水和速度を求めた。それぞれの試験において、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ’ｓ Ｓｏｕｔｈａｒｄ工場からの硫酸カルシウム半水和物３００ｇを水道水（７０°Ｆ）３００ｍｌと合わせた。乾燥基準で１ｇのＷＧＡを、硫酸カルシウム半水和物スラリーに加え、スラリーを１０秒間浸漬した後、Ｗａｒｉｎｇブレンダーを用いて低速で７秒間混合した。生成したスラリーをポリスチレン発泡カップ内に注ぎ、次いで、それを断熱スタイロホーム容器内に入れることによって水和反応中の周囲への熱損失を最小にした。測温プローブをスラリーの中心部に入れ、５秒ごとに温度を記録した。硬化反応は発熱であるので、反応の程度を温度上昇によって測定した。５０％水和時間を、試験中に記録された最低及び最高温度の間の中間の温度に到達するまでの時間として求めた。
結果を表１に示す。
【表１】
【００５０】
表１の結果は、５０％水和時間が減少し、Ｇａｌｅｎａ Ｐａｒｋの通常の乾式耐熱硬化促進剤の効果（ＨＲＡの）に対する百分率として示された硬化促進効果が、硫酸カルシウム二水和物の中央粒度の減少につれて増加することを実際に示す。中央粒度の標準偏差が大きいことは、粒度分布が大きい（広い範囲）ことを意味し、中央粒度の標準偏差が小さいことは、粒度分布が小さい（狭い範囲）ことを意味する。原材料は、範囲が狭い合成石膏（〜５０ミクロン）であるので、ＷＧＡ製品の中央粒度は、通常、粒度分布が大きく、標準偏差が大きくなろう。一般に、粉砕時間が長くなるほど、ＷＧＡ製品の最終粒度分布が狭く、標準偏差は小さくなる。
【００５１】
実施例２：水和速度
本実施例は、ＷＧＡの調製を例示し、本発明のＷＧＡを使用することに由来する水和速度の増進を実際に示す。
【００５２】
ＷＧＡをそれぞれ調製するために、Ｐｒｅｍｉｅｒ ＨＭＬ−１．５湿式ビーズミル（実験室用スーパーミル）を使用して、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ工場からの硫酸カルシウム二水和物の８種の異なる供給物を、１つ又は複数の添加剤の存在下で最初に湿式粉砕した。硫酸カルシウム二水和物出発材料の不純物は、高不純物の採掘した石膏から、高純度の合成石膏まで変動した。具体的には、水道水４０００ｍｌ、硫酸カルシウム二水和物（固体４３％）３０００グラム、ならびに硫酸カルシウム二水和物に対してそれぞれ０．７５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）、五ナトリウム塩（Ｄｅｑｕｅｓｔ（登録商標）２００６）及びトリメタリン酸ナトリウム（ＮａＴＭＰ）を合わせ、直径が１．２ｍｍ〜１．７ｍｍで、密度が６．１ｇ／ｃｍ３であるＺＩＲＣＯＮＯＸ（登録商標）セラミックビーズを７５〜８２体積％含むスパイラル溝付ステンレス鋼粉砕室において０．６ガロン／分、４〜５回通過で粉砕した。湿式石膏硬化促進剤のそれぞれの配合物について、粉砕時間と粘度の関係を表２に示す。
【表２】
【００５３】
次いで、ＷＧＡ配合物のそれぞれを、試験することによって水和速度を求めた。それぞれの試験において、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ’ｓ Ｓｏｕｔｈａｒｄ工場からの硫酸カルシウム半水和物３００ｇを水道水（７０°Ｆ）３００ｍｌと合わせた。乾燥基準で１ｇのＷＧＡを、硫酸カルシウム半水和物スラリーに加え、スラリーを１０秒間浸漬した後、Ｗａｒｉｎｇブレンダーを用いて低速で７秒間混合した。生成したスラリーをポリスチレン発泡カップ内に注ぎ、次いで、それを断熱スタイロホーム容器内に入れることによって水和反応中の周囲への熱損失を最小にした。測温プローブをスラリーの中心部に入れ、５秒ごとに温度を記録した。硬化反応は発熱であるので、反応の程度を温度上昇によって測定した。５０％水和時間を、試験中に記録された最低及び最高温度の間の中間の温度に到達するまでの時間として求めた。
結果を表３に示す。
【表３】
【００５４】
表１〜３の結果は、粘度が増加し、粉砕品の中央粒度が減少するにつれて、５０％及び９８％水和時間が減少することを明白に示す。一般に、粉砕時間が長くなるにつれて、ＷＧＡ粉砕品の中央粒度は小さくなり、ＷＧＡの粘度が高いほど、硬化促進効果は大きくなろう。
【００５５】
実施例３：効果
本実施例は、ＷＧＡの調製を例示し、本発明のＷＧＡを使用することに由来する効果の増進を示す。
【００５６】
ＷＧＡをそれぞれ調製するために、Ｐｒｅｍｉｅｒ ＨＭＬ−１．５湿式ビーズミル（実験室用スーパーミル）を使用して、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ工場からの硫酸カルシウム二水和物を１つ又は複数の添加剤の存在下で最初に湿式粉砕した。具体的には、（１）固体４３％、（２）固体３３％、（３）固体２２％を含む３種のＷＧＡ配合物を試験した。配合物（１）は、水道水４０００ｍｌ、硫酸カルシウム二水和物３０００グラム、ならびに硫酸カルシウム二水和物に対してそれぞれ０．７５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）、五ナトリウム塩（Ｄｅｑｕｅｓｔ（登録商標）２００６）及びトリメタリン酸ナトリウム（ＮａＴＭＰ）を含んでいた。配合物（２）は、水道水４６９０ｍｌ、硫酸カルシウム二水和物２３１０グラム、ならびに硫酸カルシウム二水和物に対してそれぞれ０．５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）、五ナトリウム塩（Ｄｅｑｕｅｓｔ（登録商標）２００６）及びトリメタリン酸ナトリウム（ＮａＴＭＰ）を含んでいた。配合物（３）は、水道水５４６０ｍｌ、硫酸カルシウム二水和物１５４０グラム、ならびに硫酸カルシウム二水和物に対してそれぞれ０．５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）、五ナトリウム塩（Ｄｅｑｕｅｓｔ（登録商標）２００６）及びトリメタリン酸ナトリウム（ＮａＴＭＰ）を含んでいた。
【００５７】
ＷＧＡ配合物をそれぞれ合わせ、直径が１．２ｍｍ〜１．７ｍｍで、密度が６．１ｇ／ｃｍ３であるＺＩＲＣＯＮＯＸ（登録商標）セラミックビーズを７５〜８２体積％含むスパイラル溝付ステンレス鋼粉砕室において０．６ガロン／分、４〜５回通過で、指定の時間粉砕することによって、粘度測定及び効果試験のためのＷＧＡ試料を採取した。ＷＧＡのそれぞれの配合物について、粉砕時間、粘度、水和時間及び効果の間の関係を表４に示す。
【表４】
【００５８】
表４の結果は、固体含量が低い本発明に従ったＷＧＡの配合物が、スラリーのワーカビリティーを犠牲にすることなく大きな効果を示し得ることを実際に示す。しかし、ＷＧＡ生産のための処理量は、固体含量が低くなると著しく減少する。したがって、ＷＧＡの生産速度、性能効果及びワーカビリティーを最適にするためには、少なくとも約３０％の固体含量が望ましい。一部の実施形態では、固体含量は、約３８％〜約４２％である。
【００５９】
特許、特許出願及び出版物を含めた、本明細書において引用された参考文献はすべて、参照により本明細書にその全体が組み込まれている。
【００６０】
好ましい実施形態に重点を置いて本発明を説明したが、好ましい実施形態の変形形態を使用することができ、本明細書において具体的に説明した以外で本発明を実施することができることが意図されていることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲内に包含されるすべての改変形態を含むものである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、広く、石膏組成物に関する。より詳細には、本発明は、仮焼石膏の硫酸カルシウム二水和物への水和を促進するための湿式石膏硬化促進剤、ならびにこれに関する方法、組成物及び製品に関する。
【０００２】
（発明の背景）
硫酸カルシウム二水和物を含む硬化石膏は、通常多様な種類の製品中に含まれているよく知られた材料である。例として、硬化石膏は、通常のプラスターを使用して創生される最終製品、例えば、プラスターで表面塗装した建築物内壁、ならびに建築物の内装壁及び天井の通常の乾式壁構造で用いる石膏ボードの主成分である。加えて、硬化石膏は、石膏／セルロース繊維複合ボード及び製品の主成分であり、石膏ボードの端部間の接合部を充填し、平滑にする製品にも含まれている。
【０００３】
通常、こうした石膏含有製品は、仮焼石膏、つまり硫酸カルシウム半水和物及び／又は硫酸カルシウム無水物と水、及び所望により他の成分との混合物を形成することによって調製される。該混合物は、通常、所定の形状に、又は基材の表面上に流延される。仮焼石膏は、水と反応することによって結晶性の水和石膏、すなわち硫酸カルシウム二水和物のマトリックスを形成する。これは、仮焼石膏の所望の水和であり、この水和によって硬化石膏のインターロッキングマトリックスの形成が可能になり、それによって石膏含有製品中の石膏構造に強度が賦与される。一般に、水和速度及び転換割合百分率が、石膏含有製品の最終強度及び生産速度に影響を与えることになろう。穏やかな加熱を使用することによって未反応水を追い出し、乾燥製品を得ることができる。
【０００４】
作製される石膏含有製品の種類に拘らず、硬化促進剤を、仮焼石膏及び水を含む混合物中に通常含ませることによって水和の効率が増進し、硬化時間が制御され、製造速度が最大になる。通常、硬化促進剤材料は、一般に「石膏種」と呼称される乾燥微粉砕硫酸カルシウム二水和物を含む。石膏種によって硬化石膏結晶の核生成が増進され、そのために結晶速度が増加する。当技術分野において知られているように、通常の石膏種硬化促進剤材料は、通常の条件下でも時間の経過とともに徐々にその効果を失う。この点において、粉砕中でも硬化促進剤の効果が一部失われ、石膏種は、取扱い中又は保管中に時間とともに効力を失う。通常の硬化促進剤材料での硬化促進効果の喪失は、硬化促進剤を熱及び／又は水分に曝露した場合に加速される。
【０００５】
石膏種の効果が時間とともに失われることを防止するために、特に熱及び／又は水分の条件下では、硫酸カルシウム二水和物硬化促進剤材料を、例えば、スクロース、デキストロースなどを含めたショ糖、デンプン、ホウ酸、又は長鎖脂肪酸、及びそれらの塩など、多数の周知の任意の被覆剤で被覆することが普通である。硬化促進剤は例えば水分と接触すると効果が失われるので、通常の耐熱性硬化促進剤材料は、粉砕と供給の両方が乾燥形態で行われる。というのは、硬化促進剤粒子は望ましくない凝集をするから及び／又は石膏と被覆剤はともにその性質上しばしば吸湿性であり、それ故水分を吸収するからである。
【０００６】
湿式石膏硬化促進剤（ｗｅｔ ｇｙｐｓｕｍ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）は、本願の譲受人に譲渡された米国特許第６４０９８２５号において開示された。しかし、優れた特性を備えた湿式石膏硬化促進剤に対する必要性、ならびにそうした硬化促進剤を製造するための新規な技法及びシステムに対する必要性が依然存在している。
【０００７】
（発明の簡単な概要）
本発明は、湿式石膏硬化促進剤、湿式石膏硬化促進剤を調製する方法、仮焼石膏を水和することによって硬化石膏のインターロッキングマトリックスを形成する方法、硬化石膏含有組成物、及び硬化石膏含有製品を提供する。
【０００８】
本発明の湿式石膏硬化促進剤は、中央粒度（ｍｅｄｉａｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ）が約０．５ミクロン〜約２ミクロンである粉砕品を含み、該粉砕品は、硫酸カルシウム二水和物を含む。湿式石膏硬化促進剤は、水、ならびに、（ｉ）有機ホスホン酸化合物及び（ｉｉ）ホスフェート含有化合物から選択される少なくとも１種の添加剤をさらに含む。（ｉ）及び（ｉｉ）の混合物も使用し得る。湿式石膏硬化促進剤は、湿式粉砕を介して調製される。水、添加剤及び石膏を任意の順序で合わせることによって混合物を形成するが、所望ならば他の任意選択の成分をも加える。水と合わせる場合、石膏は、硫酸カルシウム二水和物の形態でよく、あるいは、石膏の少なくとも一部は、仮焼石膏、つまり硫酸カルシウム半水和物及び／又は硫酸カルシウム無水物の形態でもよい。仮焼石膏は、水の存在下で少なくとも部分的に硫酸カルシウム二水和物に転換される。石膏の湿式粉砕における過剰水は、粉砕を促進するのに望ましい。粉砕を開始するとき、石膏は硫酸カルシウム二水和物の形態であることが好ましいが、仮焼石膏をすべて硫酸カルシウム二水和物に転換する前に、粉砕を開始してもよい。硫酸カルシウム二水和物を添加剤（複数可）の存在下で湿式粉砕することによって湿式石膏硬化促進剤を形成する。
【０００９】
本発明による湿式石膏硬化促進剤は、硬化石膏含有組成物を調製するために、及び硬化石膏含有組成物を含む製品のために有用である。詳細には、本発明の湿式石膏硬化促進剤を任意の順序において水及び仮焼石膏と合わせることによって水性混合物を形成することができ、該混合物中で仮焼石膏が水和することによって硬化石膏のインターロッキングマトリックスが形成される。仮焼石膏は、最初に水と混合され、次いで湿式石膏硬化促進剤と混合されるのが好ましい。
【００１０】
本発明によれば、湿式石膏硬化促進剤は、粉砕品を含む。粉砕品は、硫酸カルシウム二水和物を含む。粉砕品の中央粒度は、約０．５ミクロン〜約２ミクロンである。上記の湿式石膏硬化促進剤は、仮焼石膏の水和速度を増加させて硬化石膏のインターロッキングマトリックスを形成することによって硬化石膏含有組成物及び製品を作製する効率を改良することが判明した。この改良は、５０％水和時間によって測定し得る。本発明は、限定されないが、天井材料、壁ボードなどのボード、プラスター、結合用コンパウンド、床材料、スペシャリティー材料などの、仮焼石膏から形成される多様な任意の硬化石膏含有製品の製造において有用である。
【００１１】
本発明の湿式石膏硬化促進剤は、湿式石膏硬化促進剤を水性仮焼石膏混合物に添加することによって当技術分野で周知の多様な任意の方法により調製される硬化石膏製品の調製において使用し得る。水性石膏混合物に湿式石膏硬化促進剤を導入する適切な一方法は、平行して出願され、共同所有の米国特許出願「ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＡＤＤＩＮＧ Ａ ＨＩＧＨ ＶＩＳＣＯＳＩＴＹ ＧＹＰＳＵＭ ＡＤＤＩＴＩＶＥ ＴＯ Ａ ＰＯＳＴ−ＭＩＸＥＲ ＡＱＵＥＯＵＳ ＤＩＳＰＥＲＳＩＯＮ ＯＦ ＣＡＬＣＩＮＥＤ ＧＹＰＳＵＭ」（代理人参照番号第２３４９１０号）において記載されている。
【００１２】
有利には、本発明の湿式石膏硬化促進剤は、非常な長寿命を示し、長期間その有効性を維持するので、作製し、使用前に、保管し、長距離輸送することもできる。その特別な性質のために、湿式石膏硬化促進剤は、高耐熱性及び／又は耐水性の材料であると見なされるので、それらに曝露してもその有効性のすべて又は大部分を維持する。好ましい実施形態では、本発明は、製造コストをも低減する。というのは、添加剤は、好ましくは、比較的少量で提供され、漆喰スラリーの水と漆喰（ｓｔｕｃｃｏ）の比は、湿式石膏硬化促進剤が使用される場合、乾式石膏硬化促進剤に比較して低減するからである。湿式石膏硬化促進剤は、長期間にわたり、高湿度に曝露してもその高い有効性を維持するので、炭酸カリウムや硫酸アルミニウムなどの第２の硬化促進剤材料を一般に必要としないが、その場合、本発明によって製造費はさらに低減されることになる。それでも、所望であれば第２の硬化促進剤材料を使用し得る。硬化促進剤を、仮焼石膏、及び限定されないが、石膏−セルロース繊維壁ボードなどのある種の硬化石膏含有製品を作製する際に使用する他の成分と湿式で混合することが可能であることによって、本発明は、製造の容易さ及び効率をも増進する。
【００１３】
石膏ボード及び繊維パネルを製造するための湿式石膏硬化促進剤は、漆喰水和速度を改良し、漆喰の有効性を改良し、製造コストを低減するために有用である。漆喰の有効性は、転換速度によって測定し得る。
【００１４】
本発明のこうした利点及び他の利点、ならびにその他の発明の特徴は、本発明の説明から明らかとなろう。本発明は、好ましい実施形態の以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解され得る。
【００１５】
（発明の詳細な説明）
本発明は、粉砕品を含む湿式石膏硬化促進剤を提供する。粉砕品は、多様な添加剤の存在において硫酸カルシウムという物質を湿式粉砕した製品である。こうした添加剤は、有機ホスホン酸化合物、ホスフェート含有化合物、及び有機ホスホン酸化合物とホスフェート含有化合物の混合物から選択される添加剤を含む。粉砕品の中央粒度の範囲は、約０．５ミクロン〜約２ミクロンであり、粉砕品は、少なくとも硫酸カルシウム二水和物及び水を含み、１つ又は複数の添加剤化合物を、粉砕中を含めてさらに含んでもよい。１種を超える各種の添加剤を本発明の実施において使用し得る。粉砕品の中央粒度は、漆喰の水和の硬化促進効率を犠牲にすることなく連続又はバッチ製造プロセスにおいて利用するのに必要なワーカビリティーを有する石膏湿式スラリーにとって重要である考えられる。
【００１６】
発明の湿式石膏硬化促進剤は、中央粒度が約０．５ミクロン〜約２ミクロンである粉砕品を生成するのに十分な条件下で添加剤の存在において硫酸カルシウム二水和物を湿式粉砕することによって好ましくは調製される。一旦調製されると、本発明の湿式石膏硬化促進剤は、硬化石膏含有製品を製造する効率を増進するのに有用である。湿式石膏硬化促進剤を仮焼石膏及び水、ならびに所望の他の成分と合わせることによって混合物を形成し、該混合物を、硬化石膏含有製品を製造する際に所定の形状に、又は基材表面上に流延する。石膏の技術分野ではよく知られているように、仮焼石膏は、水の存在において水和することによって結晶性水和石膏を形成する。水和する仮焼石膏の量が十分存在する場合、硬化石膏のインターロッキングマトリックスが通常形成される。
【００１７】
仮焼石膏及び水の混合物中に本発明の湿式石膏硬化促進剤を含ませると、仮焼石膏が水和して所望の硬化石膏含有製品の硫酸カルシウム二水和物になる速度、及びそうなるのに要する時間の予想性が増進する。本発明の湿式石膏硬化促進剤が、生成する硬化石膏インターロッキングマトリックスでの結晶化速度を増加させることによって核生成サイトを供給すると考えられる。本発明の湿式石膏硬化促進剤は、例えば、通常の石膏ボード、又はＵＳＧ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＦＩＢＥＲＯＣＫ（登録商標）複合パネルなどの石膏−セルロース繊維ボード、及び天井材料、床材料、結合用コンパウンド、プラスター、スペシャリティー製品などの、多様な任意の硬化石膏含有製品を作製するのに使用し得る。
【００１８】
本発明による湿式石膏硬化促進剤は、顕著な長寿命を示すので、その効力のすべて又は大部分を長期間維持する。好ましくは、本発明の湿式石膏硬化促進剤は、その効力のすべて又は大部分を少なくとも数週間、より好ましくは少なくとも数ヶ月、例えば、３ヶ月、さらにより好ましくは少なくとも６ヶ月又はそれ以上維持する。その結果として、湿式石膏硬化促進剤は、調製され、次いで使用の前に、貯蔵及び／又は輸送することができ、輸送は長距離でもよい。本発明の湿式石膏硬化促進剤は、高温及び／又は高湿度に曝露されても有効性を持続することが好ましい。また、この発明の湿式石膏硬化促進剤は、高湿度に曝露されても長時間効力を維持するので、炭酸カリウムや硫酸アルミニウムなどの第２の硬化促進剤材料は、本発明の実施において必要としないが、所望なら、ある種の用途及び実施向けに第２の硬化促進剤材料を含ませることができる。本発明による湿式石膏硬化促進剤は、乾式又は湿式いずれかの原料供給システムによって調製される硬化石膏含有製品を作製する際に使用し得る。例えば、石膏ボードを製造するための乾式原料供給システム、及び石膏−セルロース繊維複合ボードを作製するための湿式原料供給システムがある。一部の実施形態では、湿式石膏硬化促進剤は、水の存在において製造されるが、一旦製造したら、硬化促進剤は、乾燥してもよい。
【００１９】
本発明による湿式石膏硬化促進剤は、湿式粉砕によって調製される。粉砕プロセスにおいて利用される原料石膏材料は、任意の適切な初期中央粒度であればよい。一部の実施形態では、原料石膏材料の初期中央粒度は、５０ミクロン以上である。一部の実施形態では、原料石膏材料は、天然石膏であり、初期中央粒度が約２０ミクロン〜約３０ミクロンである。一部の実施形態では、原料石膏材料は、合成石膏であり、初期中央粒度が約４０ミクロン〜約１００ミクロンである。本発明によれば、石膏、水及び少なくとも１種の添加剤を合わせることによって混合物を形成する。一部の実施形態では、湿式粉砕用の混合物を形成するのに使用される石膏は、硫酸カルシウム二水和物である。他の実施形態では、石膏は、水と合わせる場合、仮焼石膏の形態でもよい。仮焼石膏である場合、仮焼石膏は、一部の水と水和することによって硫酸カルシウム二水和物を形成すると考えられる。湿式粉砕を開始するとき、石膏が硫酸カルシウム二水和物の形態であることが好ましいが、この時点では、仮焼石膏のすべてが硫酸カルシウム二水和物に転換されていることが必要であるとは限らない。好ましくは仮焼石膏を水和するのに必要とする量を超える十分な水の量を混合物中に含ませることによって、硫酸カルシウム二水和物が形成された後の湿式粉砕ステップに適合させる。こうした場合、添加剤は、好ましくは大部分、より好ましくはすべての硫酸カルシウム二水和物が形成された後に添加することによって、添加剤の硫酸カルシウム二水和物への曝露が最大になる。
【００２０】
水と合わせた、又は水中で仮焼石膏から形成された後の硫酸カルシウム二水和物は、添加剤成分の存在において湿式粉砕されることによって湿式石膏硬化促進剤を形成する。一般に、生成した粉砕品の中央粒度が小さいほど、硬化石膏含有組成物及び製品を作製する際の硬化促進効果が良好である。しかし、中央粒度が減少するにつれて、湿式石膏硬化促進剤スラリーの粘度が増加するので、該スラリーの取扱い及び加工が益々困難になる。高粘度のスラリーは、粉砕後、又は粉砕の次の経路で追加の水又は水溶液により希釈することによって取扱い及び加工をより容易にすることが可能である。したがって、硫酸カルシウム二水和物の粒度は、硬化石膏を効率的に生成するのに所望の大きさにすることができる。追加の希釈ステップを実施しない一部の実施形態では、十分大きい粒度を用いることによって、スラリーポンプ及び他の加工機械が、粉砕及び硬化石膏形成プロセスでスラリーを効率的に取り扱うことが可能になるのに十分な低さの粘度を有する湿式石膏硬化促進剤スラリーを製造し得る。他の実施形態では、小さい粒度を維持し、スラリーを使用する前に希釈する。
【００２１】
硫酸カルシウム二水和物、水及び添加剤を含む混合物は、好ましくは、粉砕品の中央粒度が約０．５ミクロン〜約２ミクロンであるスラリーを提供するのに十分な条件下で粉砕される。好ましくは、粉砕品の中央粒度は、約１ミクロン〜約１．７ミクロンである。より好ましくは、粉砕品の中央粒度は、約１ミクロン〜約１．５ミクロンである。望ましくは、硫酸カルシウム二水和物粒子に対する粒度分布の標準偏差は、５ミクロン未満である。好ましくは、標準偏差は、３ミクロン未満である。湿式石膏硬化促進剤の粒度は、レーザー散乱分析及び／又は他の適切な技法を用いて測定し得る。適切なレーザー散乱装置は、Ｈｏｒｉｂａ、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃｋ及びＭａｌｖｅｒｎから入手可能である。実施例の節に記載した測定にはＨｏｒｉｂａの装置を用いた。
【００２２】
あるいは、硫酸カルシウム二水和物、水及び添加剤を含む混合物は、望ましくは、室温〜約１５０°Ｆの範囲の温度で粘度が約１０００ｃＰ以上の範囲であるスラリーを提供するのに十分な条件下で粉砕される。通常、湿式石膏硬化促進剤の粘度は、約１０００ｃＰ〜約５０００ｃＰの範囲である。好ましくは、湿式石膏硬化促進剤の粘度は、約２０００ｃＰ〜約４０００ｃＰの範囲である。より好ましくは、湿式石膏硬化促進剤の粘度は、約２５００ｃＰ〜約３５００ｃＰの範囲である。一部の実施形態では、粘度範囲は、約２８００ｃＰ〜約３２００ｃＰである。上記の粘度範囲は、粘度又はその測定値に対して顕著な効果を有することのある分散剤又は他の化学添加剤がない場合に測定された範囲である。
【００２３】
粉砕プロセスの粉砕品は、形状が非常に不規則であり、非晶質であることが判明した。通常の湿式粉砕プロセスによって形成された硫酸カルシウム二水和物は、通常結晶性が高い。添加剤の存在における湿式粉砕では、明確な結晶性の石膏粒子を形成するための再結晶化が阻害される。したがって、粉砕品は、実質的に非晶質であり、これは、粉砕品がほとんど又はまったく明確な結晶形状を含まないことを意味する。通常、粉砕品の約６０％以上が非晶質である。好ましくは、粉砕品の約７５％以上が非晶質である。より好ましくは、粉砕品の約９０％以上が非晶質である。
【００２４】
粉砕品の表面積は、レーザー散乱分析によって水中で測定された場合、約２０，０００ｃｍ２／ｇ以上である。好ましくは、粉砕品の表面積は、約３０，０００ｃｍ２／ｇ以上、又は４０，０００ｃｍ２／ｇ以上である。一般に、粉砕品の表面積は、約１００，０００ｃｍ２／ｇ以下である。好ましい実施形態では、粉砕品の表面積は、約２０，０００ｃｍ２／ｇ〜約８０，０００ｃｍ２／ｇ、又は約４０，０００ｃｍ２／ｇ〜約８０，０００ｃｍ２／ｇである。
【００２５】
本発明によれば、硫酸カルシウム二水和物、水及び添加剤の混合物は、ミルアセンブリにおいて湿式粉砕される。第１番目に、硫酸カルシウム二水和物、水及び添加剤を任意の順序で合わせ、次いでミルアセンブリまでポンプ輸送する。ミルアセンブリは、任意の適切なミルアセンブリでよい。通常、ミルアセンブリは、ディスク及びスペーサーを備えたミルシャフトと、複数のビーズとを含む粉砕室を備える。ディスク及びスペーサーは、任意の適切な材料を含み、例えば、ディスク及びスペーサーは、ステンレス鋼、ＰＲＥＭＡＬＬＯＹ（登録商標）、ナイロン、セラミック及びポリウレタンのうちの少なくとも１種を含む。ディスク及びスペーサーは、好ましくは、ＰＲＥＭＡＬＬＯＹ（登録商標）を含む。粉砕室において使用するために選択されたディスクは、任意の適切な形状でよい。通常、ディスクは、標準の平板ディスク又はピンディスクであり、具体的には、ミル内の媒体の軸流を改良するように設計されたピンディスクである。ミルシャフト及び対応する粉砕室は、水平又は垂直方向でよい。好ましい実施形態では、ミルシャフトは、水平方向である。通常、粉砕室は、水冷ができるようにジャケットが備えてある。好ましくは、粉砕室は、水冷することによって粉砕温度を一定に維持する。
【００２６】
ミルアセンブリは、任意の適切なビーズ、例えば、ボール及び／又は球を含んでよい。ビーズは、任意の適切な材料を含んでよい、例えば、ビーズは、１つ又は複数の金属、あるいは１つ又は複数のセラミックを含んでよい。適切な金属として、ステンレス鋼、炭素鋼、クロム合金鋼などが挙げられる。適切なセラミック材料として、ジルコニア、アルミナ、セリア、シリカ、ガラスなどが挙げられる。実験室での試験が示すように、硫酸カルシウム二水和物の硫酸基は、ミル内に腐食環境を生成する。したがって、耐食性であるビーズを使用することが好ましい。耐食性ビーズとして、ステンレス鋼ビーズ、又は耐食材料で被覆した鋼ビーズ、及びセラミックビーズが挙げられる。特に好ましい実施形態では、ビーズは、２０％のセリアと８０％のジルコニアを含むセリア安定化ジルコニア、例えば、Ｊｙｏｔｉ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｉｎｄｓ．，Ｎａｓｈｉｋ，Ｉｎｄｉａから市販されているＺＩＲＣＯＮＯＸ（登録商標）ビーズを含む。
【００２７】
ミルアセンブリとともに使用されるビーズは、任意の適切な大きさ及び密度でよい。通常、ビーズの大きさ及び密度は、硫酸カルシウム二水和物の大きさ、及びしたがって、粉砕プロセスによって生成する湿式石膏硬化促進剤の粘度を、少なくとも部分的に決定することになろう。中央粒度が約０．５ミクロン〜約２ミクロンである硫酸カルシウム二水和物を実現するために、平均ビーズ径が約０．５ｍｍ〜約３ｍｍであるビーズを使用することが望ましい。好ましくは、ビーズの平均ビーズ径は、約１ｍｍ〜約２ｍｍである。望ましくは、ビーズの密度は、約２．５ｇ／ｃｍ３以上である。好ましくは、ビーズの密度は、約４ｇ／ｃｍ３以上である。より好ましくは、ビーズの密度は、約６ｇ／ｃｍ３以上である。特に好ましい実施形態では、ビーズは、中央粒度が約１．２ｍｍ〜約１．７ｍｍで、密度が約６．１ｇ／ｃｍ３以上であるＺＩＲＣＯＮＯＸ（登録商標）セラミックビーズである。望ましくは、ビーズは、ミルアセンブリ中に約７０容積％以上の量において存在する。好ましくは、約７０容積％〜約９０容積％のビーズが、ミルアセンブリ中に存在する。より好ましくは、約７５容積％〜約８５容積％のビーズが、ミルアセンブリ中に存在する。
【００２８】
本発明の湿式石膏硬化促進剤は、バッチ操作又は連続操作において製造し得る。壁ボードの用途向けの通常の湿式石膏硬化促進剤を製造するシステムでは、第１番目に、硫酸カルシウム二水和物、水及び添加剤を原料供給タンク内で混合する。一部の実施形態では、この混合は、約８分間実施される。混合時間は、部分的に、バッチの大きさ及び原料供給速度によって決まる。一部の実施形態では、自動供給システムを介して硫酸カルシウム二水和物をミルアセンブリに添加することが望ましい。次いで、供給ポンプによって、生成混合物を水冷ミルアセンブリまで運ぶ。混合物を、連続粉砕し、約１０分間以上、閉回路再循環系内を再循環させる。実際の粉砕時間は、硫酸カルシウム二水和物粒子に対して所望の最終中央粒度及び／又は湿式石膏硬化促進剤スラリーに対して所望の粘度、ならびに硫酸カルシウム二水和物粒子を粉砕するのに使用する粉砕ビーズの大きさ及び密度によって、少なくとも部分的に決定される。通常、混合物は、約１５分間〜約５０分間粉砕される。好ましくは、混合物は、約２０分間〜約４０分間粉砕される。より好ましくは、混合物は、約２５分間〜約３５分間粉砕される。一旦所望の中央粒度が得られたら、混合物をミルアセンブリから排出する。一部の実施形態では、約０．５ミクロン〜約２ミクロンの中央粒度が得られる。バッチ操作では、混合物は、保留タンクに輸送される。バッチ操作を実施する場合、通常、混合物は、閉回路系を介して粉砕アセンブリ内を複数回通過して粉砕される。一部の実施形態では、約１０〜１５ガロン／分の流速で約４〜５回の通過が行われる。連続操作モードでは、混合物は、ボードミキサーに直接輸送される。連続操作を実施する場合、通常、混合物は、約２〜３ガロン／分の流速で１回の通過で粉砕される。
【００２９】
本発明の湿式石膏硬化促進剤は、仮焼石膏混合物が硬化石膏に転換する速度を促進及び／又は制御するのに有効な量において、望ましくは仮焼石膏の水性混合物に添加される。通常、水和速度は、「５０％水和時間」に基づいて評価される。より多量の硬化促進剤を使用することによって、５０％水和時間を短縮し得る。石膏硬化促進剤は、核生成サイトを提供するので、より多数の二水和物結晶が形成され、より多数のより薄い石膏結晶が得られる。炭酸カリウム、硫酸アルミニウムなどの他の硬化促進剤は、存在している石膏結晶をより急速に成長させ、より数の少ないより太った結晶が生成する。多数のより薄い石膏結晶は、より数の少ないより太った結晶に比較して、より強いより良好なマトリックスを作製する。
【００３０】
仮焼石膏の硬化石膏への水和は、発熱プロセスであるので、水和によって引き起こされる温度上昇を求め、次いで温度上昇をもたらすのに必要とする時間数を測定することによって５０％水和時間を計算し得る。時間における中間点が、５０％水和時間に対応することが判明したが、これは当業者には周知である。好ましくは、本発明による湿式石膏硬化促進剤では、仮焼石膏の５０％水和時間は約８分間以下、より好ましくは６分間以下になる。さらにより好ましくは、本発明による湿式石膏硬化促進剤を使用すると、仮焼石膏の５０％水和時間は約５分以下〜約４分以下になる。５０％水和時間は、硬化促進剤の使用量、硫酸カルシウム半水和物及び水の使用量、スラリーの初期温度、混合中に使用される混合エネルギーなどの多数の異なる因子の影響を受け得る。水和を測定する場合、ＷＧＡの量や種類などの試験対象の変数を除く変数を固定した対照を使用し得る。この手順によって、多様な種類の一般の硬化促進剤、及び特定の種類のＷＧＡを比較することができる。
【００３１】
仮焼石膏の水性混合物に添加する湿式石膏硬化促進剤の量は、硬化遅延剤、分散剤、泡、でんぷん、紙繊維などの含有量など、仮焼石膏の水性混合物の成分で決まることになろう。例として、発明の湿式石膏硬化促進剤は、仮焼石膏の約０．０５重量％〜約３重量％の量、より好ましくは、仮焼石膏の約０．５重量％〜約２重量％の量において供給し得る。
【００３２】
本発明の湿式石膏硬化促進剤中に含まれる硫酸カルシウム二水和物を調製するために使用する仮焼石膏は、硫酸カルシウムα半水和物、硫酸カルシウムβ半水和物、水溶性硫酸カルシウム無水物、又はこのような多様な形態の硫酸カルシウム半水和物及び無水物の混合物の形態でよい。仮焼石膏は、繊維状でも非繊維状でもよい。さらに、本発明の湿式石膏硬化促進剤を使用することによって、任意のこのような形態の硫酸カルシウム半水和物及び無水物、ならびに繊維状及び非繊維状形態の仮焼石膏などの多様な形態の硫酸カルシウム半水和物及び無水物の混合物の水和を促進し得る。
【００３３】
いかなる特定の理論にも束縛されることを望むものではないが、粉砕すると、本発明による所望の添加剤は、硫酸カルシウム二水和物の生成した新鮮な外表面に結合することによって、硫酸カルシウム二水和物を少なくとも部分的に被覆すると考えられる。添加剤は、硫酸カルシウム二水和物の粉砕された新鮮な表面の活性サイトに強く、直ちに吸着すると考えられ、もしそうでなければ、望ましくない再結晶化が行われる恐れがあろう。結果として、そうした活性サイトに吸着することによって、添加剤は、活性サイトの大きさ及び形状を保護することによって粉砕石膏が水及び熱に曝露されて再結晶することを防止し、粉砕プロセス自体の実施中において粉砕石膏の活性サイトを保護すると考えられる。
【００３４】
本発明の湿式石膏硬化促進剤において使用するのに適した有機ホスホン酸化合物は、少なくとも１個のＲＰＯ３Ｍ２官能基を含み、式中、Ｍは、カチオン、リン又は水素であり、Ｒは、有機基である。例として、有機ホスホネート及びホスホン酸が挙げられる。有機ポリホスホン酸化合物が好ましいが、有機モノホスホン酸化合物も本発明に従って利用し得る。好ましい有機ポリホスホン酸化合物は、少なくとも２個のホスホン酸塩基もしくはホスホン酸イオン基、少なくとも２個のホスホン酸基、又は少なくとも１個のホスホン酸塩基もしくはホスホン酸イオン基と少なくとも１個のホスホン酸基を含む。本発明によるモノホスホン酸化合物は、１個のホスホン酸塩基もしくはホスホン酸イオン基、又は少なくとも１個のホスホン酸基を含む。
【００３５】
有機ホスホン酸化合物の有機基は、リン原子に直接結合している。本発明において使用するのに適した有機ホスホン酸化合物として、限定されないが、以下の構造を特徴とする化合物が挙げられる。
【化１】
このような構造では、Ｒは、リン原子Ｐに直接結合した少なくとも１個の炭素原子を含む有機部分を指し、ｎは、約１〜約１，０００、好ましくは、約２〜約５０の数である。
【００３６】
有機ホスホン酸化合物として、例えば、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）、ヘキサメチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、ならびに例えば、上記の任意の酸の、五ナトリウム塩、四ナトリウム塩、三ナトリウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩、アンモニウム塩、カルシウム塩又はマグネシウム塩などの任意の適切な塩、あるいは上記の塩及び／又は酸の組合せが挙げられる。一部の実施形態では、Ｓｏｌｕｔｉａ，Ｉｎｃ．，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，Ｍｉｓｓｏｕｒｉから市販されているＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）ホスホネートが、本発明において利用される。ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）ホスホネートの例として、ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）２０００、ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）２００６、ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）２０１６、ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）２０５４、ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）２０６０Ｓ、ＤＥＱＵＥＳＴ（登録商標）２０６６Ａなどが挙げられる。適切な有機ホスホン酸化合物の他の例は、例えば、米国特許第５７８８８５７号に存在する。
【００３７】
本発明の利点を提供する任意の適切なホスフェート含有化合物を利用し得る。例として、ホスフェート含有化合物は、オルトホスフェートでも、ポリホスフェートでもよく、さらに、ホスフェート含有化合物は、イオン、塩又は酸の形態でよい。
【００３８】
本発明によるホスフェートの適切な例は、当業者には明らかであろう。例えば、限定されないが、リン酸モノアンモニウム、リン酸モノナトリウム、リン酸モノカリウム、又はそれらの組合せなどの一塩基性リン酸塩を含めた任意の適切なオルトホスフェート含有化合物を本発明の実施において利用し得る。好ましい一塩基性リン酸塩は、リン酸モノナトリウムである。多塩基性オルトホスフェートも本発明に従って利用し得る。
【００３９】
同様に、任意の適切なポリホスフェートも本発明に従って使用し得る。ポリホスフェートは、環式でも非環式でもよい。環式ポリホスフェートの例として、複塩、つまり、２個のカチオンを有するトリメタリン酸塩を含めたトリメタリン酸塩が挙げられる。トリメタリン酸塩は、例えば、トリメタリン酸ナトリウム、トリメタリン酸カリウム、トリメタリン酸カルシウム、トリメタリン酸ナトリウムカルシウム、トリメタリン酸リチウム、トリメタリン酸アンモニウム、トリメタリン酸アルミニウムなど、及びそれらの組合せから選択し得る。トリメタリン酸ナトリウムが、好ましいトリメタリン酸塩である。任意の適切な非環式ポリリン酸塩も本発明に従って利用し得る。好ましくは、非環式ポリリン酸塩は、少なくとも２個のリン酸塩単位を有する。例として、本発明による適切な非環式ポリリン酸塩として、限定されないが、ピロリン酸塩、トリポリリン酸塩、約６〜約２７個の反復リン酸塩単位を有するヘキサメタリン酸ナトリウム、約６〜約２７個の反復リン酸塩単位を有するヘキサメタリン酸カリウム、約６〜約２７個の反復リン酸塩単位を有するヘキサメタリン酸アンモニウム、及びそれらの組合せが挙げられる。本発明による好ましい非環式ポリリン酸塩は、Ｓｏｌｕｔｉａ，Ｉｎｃ．，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯからＣＡＬＧＯＮ（登録商標）として市販されており、それは、約６〜約２７個の反復リン酸塩単位を有するヘキサメタリン酸ナトリウムである。加えて、ホスフェート含有化合物は、任意の上記の塩の酸形態でもよい。酸は、例えば、リン酸でもポリリン酸でもよい。
【００４０】
好ましくは、ホスフェート含有化合物は、ピロリン酸四カリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、ピロリン酸四ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムカリウム、６〜約２７個のリン酸塩単位を有するヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸アンモニウム、トリメタリン酸ナトリウム、及びそれらの組合せからなる群から選択される。
【００４１】
本発明の湿式石膏硬化促進剤中の成分は、任意の適切な量において供給し得る。例えば、硫酸カルシウム二水和物は、硬化促進剤の少なくとも約２０重量％、好ましくは、硬化促進剤の少なくとも約３０重量％の量において供給し得る。硫酸カルシウム二水和物は、例えば、硬化促進剤の約３５重量％〜約４５重量％の量において、より好ましくは、硬化促進剤の約３８重量％〜約４２重量％の量において存在し得る。一般に、固体含量がより低いと、効率はより高いが、粉砕時間が著しく増加し、処理量及び／又は生産速度が減少する。
【００４２】
添加剤は、コストを最小にし、一方では、湿式石膏硬化促進剤が、長期間その効果を維持し、水及び熱への曝露に耐えることによって長寿命の増進という所望の利点をなお実現するために、好ましくは、可能な限り少ない量において供給される。好ましくは、添加剤成分は、単一添加剤でも添加剤の組合せでも、硫酸カルシウム二水和物の約０．１重量％〜約１０重量％の量において、より好ましくは、硫酸カルシウム二水和物の約０．１重量％〜約２重量％の量において、さらにより好ましくは、硫酸カルシウム二水和物の約０．１重量％〜約１重量％の量において供給される。
【００４３】
好ましい実施形態では、少なくとも１種の有機ホスホン酸化合物が、添加剤として利用される。有機ホスホン酸化合物は、比較的少量含む場合でも、硬化促進剤の効果を増進する点で優れている。より好ましくは、少なくとも１種のホスフェート含有化合物は、少なくとも１種の有機ホスホン酸化合物と組み合わせて使用される。例えば、多様な活性サイトの大きさ及び形状の応じて、有機ホスホン酸化合物は、一部の活性サイトにおける核生成を増進し得、一方ホスフェート含有化合物は、組合せが好ましい他のサイトにおいて作用すると考えられる。さらに、好ましい実施形態では、ホスフェート含有化合物、特に、少なくとも１種のイオン及び／又は塩を含めたトリメタホスフェート化合物などの環式化合物を有機ホスホン酸化合物と一緒に加えることによって経時劣化耐性が増進する。ホスフェート含有化合物を含むと、硬化促進剤の湿潤強度が安定化し、維持されることによって湿式石膏硬化促進剤の経時劣化特性が改良される。
【００４４】
１種を超える添加剤を含む本発明の実施形態では、添加剤はそれぞれ、好ましくは、長寿命及び／又は所望の５０％水和時間を実現するのに適した量において含まれるが、好ましくは、添加剤の合計量は、上記の範囲内に収まる。例えば、少なくとも１種のホスフェート含有化合物を少なくとも１種の有機ホスホン酸化合物と組み合わせて使用する実施形態では、有機ホスホン酸化合物は、好ましくは、硫酸カルシウム二水和物の約０．０５％〜９．９５重量％の量において含まれ、ホスフェート含有化合物は、同様に、硫酸カルシウム二水和物の約０．０５％〜９．９５重量％の量において好ましくは存在する。一部の実施形態では、添加剤は、硫酸カルシウム二水和物の最大１０重量％まで存在する。一部の実施形態では、添加剤は、硫酸カルシウム二水和物の約０．０５％〜約４．９５重量％存在する。特に好ましい実施形態では、添加剤は、硫酸カルシウム二水和物の約０．５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）五ナトリウム塩と、硫酸カルシウム二水和物の約０．５重量％のトリメタリン酸ナトリウムの混合物である。
【００４５】
本発明の追加の利点としては、湿式石膏硬化促進剤は、予備処理として有機ホスホン酸化合物及び／又は無機ホスフェート化合物を供給する手段として利用することによって、生成した硬化石膏含有組成物及び製品、例えば、壁ボード、天井などの、例えば、強度、寸法安定性、耐永久変形などの多様な特性を増進し得る。これらの点については、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願０８／９１６０５８号（放棄）、ならびに本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，３４２，２８４号、第６，４０９，８２４号及び第６，６３２，５５０号において記載されており、それらは、その全体の参照により本明細書に組み込まれている。
【００４６】
以下の実施例は、本発明をさらに例示するものであるが、いかなる点においてもその範囲を限定するものではない。
【００４７】
実施例１：水和速度
本実施例は、湿式石膏硬化促進剤の調製を例示し、本発明の湿式石膏硬化促進剤を使用することに由来する、乾式石膏硬化促進剤と比較した仮焼石膏の水和速度及び効果の増進を実際に示すものである。
【００４８】
湿式石膏硬化促進剤（ＷＧＡ）をそれぞれ調製するために、ＰＲＥＭＡＬＬＯＹ（登録商標）ディスク及びスペーサーを備えたＰｒｅｍｉｅｒ ＨＭ−５湿式ビーズミルを使用して、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ’ｓ Ｇａｌｅｎａ Ｐａｒｋ 工場からの硫酸カルシウム二水和物を、１つ又は複数の添加剤の存在下で最初に湿式粉砕した。硫酸カルシウム二水和物出発材料の初期の中央粒度は、約５５ミクロンであった。具体的には、工程水５０ガロン、硫酸カルシウム二水和物４００ポンド、ならびに硫酸カルシウム二水和物に対してそれぞれ０．５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）、五ナトリウム塩（Ｄｅｑｕｅｓｔ（登録商標）２００６）及びトリメタリン酸ナトリウム（ＮａＴＭＰ）を合わせ、直径が１．２ｍｍ〜１．７ｍｍで、密度が６．１ｇ／ｃｍ３であるＺＩＲＣＯＮＯＸ（登録商標）セラミックビーズを７５〜８２体積％含むスパイラル溝付ステンレス鋼粉砕室において流速１３〜１５ガロン／分、再循環４〜５回通過で、それぞれ１０分間、２０分間及び２５分間粉砕した。ＷＧＡ組成物の粉砕時間が長いほど、粉砕品の中央粒度は小さい。ＷＧＡ組成物それぞれの生成の中央粒度を表１に示す。
【００４９】
次いで、ＷＧＡ試料をそれぞれ試験することによって水和速度を求めた。それぞれの試験において、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ’ｓ Ｓｏｕｔｈａｒｄ工場からの硫酸カルシウム半水和物３００ｇを水道水（７０°Ｆ）３００ｍｌと合わせた。乾燥基準で１ｇのＷＧＡを、硫酸カルシウム半水和物スラリーに加え、スラリーを１０秒間浸漬した後、Ｗａｒｉｎｇブレンダーを用いて低速で７秒間混合した。生成したスラリーをポリスチレン発泡カップ内に注ぎ、次いで、それを断熱スタイロホーム容器内に入れることによって水和反応中の周囲への熱損失を最小にした。測温プローブをスラリーの中心部に入れ、５秒ごとに温度を記録した。硬化反応は発熱であるので、反応の程度を温度上昇によって測定した。５０％水和時間を、試験中に記録された最低及び最高温度の間の中間の温度に到達するまでの時間として求めた。
結果を表１に示す。
【表１】
【００５０】
表１の結果は、５０％水和時間が減少し、Ｇａｌｅｎａ Ｐａｒｋの通常の乾式耐熱硬化促進剤の効果（ＨＲＡの）に対する百分率として示された硬化促進効果が、硫酸カルシウム二水和物の中央粒度の減少につれて増加することを実際に示す。中央粒度の標準偏差が大きいことは、粒度分布が大きい（広い範囲）ことを意味し、中央粒度の標準偏差が小さいことは、粒度分布が小さい（狭い範囲）ことを意味する。原材料は、範囲が狭い合成石膏（〜５０ミクロン）であるので、ＷＧＡ製品の中央粒度は、通常、粒度分布が大きく、標準偏差が大きくなろう。一般に、粉砕時間が長くなるほど、ＷＧＡ製品の最終粒度分布が狭く、標準偏差は小さくなる。
【００５１】
実施例２：水和速度
本実施例は、ＷＧＡの調製を例示し、本発明のＷＧＡを使用することに由来する水和速度の増進を実際に示す。
【００５２】
ＷＧＡをそれぞれ調製するために、Ｐｒｅｍｉｅｒ ＨＭＬ−１．５湿式ビーズミル（実験室用スーパーミル）を使用して、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ工場からの硫酸カルシウム二水和物の８種の異なる供給物を、１つ又は複数の添加剤の存在下で最初に湿式粉砕した。硫酸カルシウム二水和物出発材料の不純物は、高不純物の採掘した石膏から、高純度の合成石膏まで変動した。具体的には、水道水４０００ｍｌ、硫酸カルシウム二水和物（固体４３％）３０００グラム、ならびに硫酸カルシウム二水和物に対してそれぞれ０．７５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）、五ナトリウム塩（Ｄｅｑｕｅｓｔ（登録商標）２００６）及びトリメタリン酸ナトリウム（ＮａＴＭＰ）を合わせ、直径が１．２ｍｍ〜１．７ｍｍで、密度が６．１ｇ／ｃｍ３であるＺＩＲＣＯＮＯＸ（登録商標）セラミックビーズを７５〜８２体積％含むスパイラル溝付ステンレス鋼粉砕室において０．６ガロン／分、４〜５回通過で粉砕した。湿式石膏硬化促進剤のそれぞれの配合物について、粉砕時間と粘度の関係を表２に示す。
【表２】
【００５３】
次いで、ＷＧＡ配合物のそれぞれを、試験することによって水和速度を求めた。それぞれの試験において、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ’ｓ Ｓｏｕｔｈａｒｄ工場からの硫酸カルシウム半水和物３００ｇを水道水（７０°Ｆ）３００ｍｌと合わせた。乾燥基準で１ｇのＷＧＡを、硫酸カルシウム半水和物スラリーに加え、スラリーを１０秒間浸漬した後、Ｗａｒｉｎｇブレンダーを用いて低速で７秒間混合した。生成したスラリーをポリスチレン発泡カップ内に注ぎ、次いで、それを断熱スタイロホーム容器内に入れることによって水和反応中の周囲への熱損失を最小にした。測温プローブをスラリーの中心部に入れ、５秒ごとに温度を記録した。硬化反応は発熱であるので、反応の程度を温度上昇によって測定した。５０％水和時間を、試験中に記録された最低及び最高温度の間の中間の温度に到達するまでの時間として求めた。
結果を表３に示す。
【表３】
【００５４】
表１〜３の結果は、粘度が増加し、粉砕品の中央粒度が減少するにつれて、５０％及び９８％水和時間が減少することを明白に示す。一般に、粉砕時間が長くなるにつれて、ＷＧＡ粉砕品の中央粒度は小さくなり、ＷＧＡの粘度が高いほど、硬化促進効果は大きくなろう。
【００５５】
実施例３：効果
本実施例は、ＷＧＡの調製を例示し、本発明のＷＧＡを使用することに由来する効果の増進を示す。
【００５６】
ＷＧＡをそれぞれ調製するために、Ｐｒｅｍｉｅｒ ＨＭＬ−１．５湿式ビーズミル（実験室用スーパーミル）を使用して、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｙｐｓｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ工場からの硫酸カルシウム二水和物を１つ又は複数の添加剤の存在下で最初に湿式粉砕した。具体的には、（１）固体４３％、（２）固体３３％、（３）固体２２％を含む３種のＷＧＡ配合物を試験した。配合物（１）は、水道水４０００ｍｌ、硫酸カルシウム二水和物３０００グラム、ならびに硫酸カルシウム二水和物に対してそれぞれ０．７５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）、五ナトリウム塩（Ｄｅｑｕｅｓｔ（登録商標）２００６）及びトリメタリン酸ナトリウム（ＮａＴＭＰ）を含んでいた。配合物（２）は、水道水４６９０ｍｌ、硫酸カルシウム二水和物２３１０グラム、ならびに硫酸カルシウム二水和物に対してそれぞれ０．５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）、五ナトリウム塩（Ｄｅｑｕｅｓｔ（登録商標）２００６）及びトリメタリン酸ナトリウム（ＮａＴＭＰ）を含んでいた。配合物（３）は、水道水５４６０ｍｌ、硫酸カルシウム二水和物１５４０グラム、ならびに硫酸カルシウム二水和物に対してそれぞれ０．５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）、五ナトリウム塩（Ｄｅｑｕｅｓｔ（登録商標）２００６）及びトリメタリン酸ナトリウム（ＮａＴＭＰ）を含んでいた。
【００５７】
ＷＧＡ配合物をそれぞれ合わせ、直径が１．２ｍｍ〜１．７ｍｍで、密度が６．１ｇ／ｃｍ３であるＺＩＲＣＯＮＯＸ（登録商標）セラミックビーズを７５〜８２体積％含むスパイラル溝付ステンレス鋼粉砕室において０．６ガロン／分、４〜５回通過で、指定の時間粉砕することによって、粘度測定及び効果試験のためのＷＧＡ試料を採取した。ＷＧＡのそれぞれの配合物について、粉砕時間、粘度、水和時間及び効果の間の関係を表４に示す。
【表４】
【００５８】
表４の結果は、固体含量が低い本発明に従ったＷＧＡの配合物が、スラリーのワーカビリティーを犠牲にすることなく大きな効果を示し得ることを実際に示す。しかし、ＷＧＡ生産のための処理量は、固体含量が低くなると著しく減少する。したがって、ＷＧＡの生産速度、性能効果及びワーカビリティーを最適にするためには、少なくとも約３０％の固体含量が望ましい。一部の実施形態では、固体含量は、約３８％〜約４２％である。
【００５９】
特許、特許出願及び出版物を含めた、本明細書において引用された参考文献はすべて、参照により本明細書にその全体が組み込まれている。
【００６０】
好ましい実施形態に重点を置いて本発明を説明したが、好ましい実施形態の変形形態を使用することができ、本明細書において具体的に説明した以外で本発明を実施することができることが意図されていることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲内に包含されるすべての改変形態を含むものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）中央粒度が約０．５ミクロン〜約２ミクロンであり、硫酸カルシウム二水和物を含む粉砕品と、
（ｂ）水と、
（ｃ）（ｉ）有機ホスホン酸化合物、
（ｉｉ）ホスフェート含有化合物、及び
（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の混合物
からなる群から選択される添加剤と、
を含む湿式石膏硬化促進剤。
【請求項２】
前記粉砕品が、実質的に非晶質である、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項３】
前記粉砕品の中央粒度が、約１ミクロン〜約１．７ミクロンである、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項４】
前記粉砕品の中央粒度が、約１ミクロン〜約１．５ミクロンである、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項５】
前記添加剤が、前記硫酸カルシウム二水和物の約０．１重量％〜約１０重量％の量において存在する、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項６】
前記添加剤が、少なくとも１種の有機ホスホン酸化合物と少なくとも１種のホスフェート含有化合物の混合物であり、前記有機ホスホン酸化合物が、前記硫酸カルシウム二水和物の約０．０５重量％〜約９．９５重量％の量において存在し、前記ホスフェート含有化合物が、前記硫酸カルシウム二水和物の約０．０５重量％〜約９．９５重量％の量において存在する、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項７】
前記添加剤が、前記硫酸カルシウム二水和物の約０．５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）五ナトリウム塩と、前記硫酸カルシウム二水和物の約０．５重量％のトリメタリン酸ナトリウムの混合物である、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項８】
前記硫酸カルシウム二水和物が、前記硬化促進剤の少なくとも約２０重量％の量において存在する、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項９】
前記硫酸カルシウム二水和物が、前記硬化促進剤の約３５重量％〜約４５重量％の量において存在する、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１０】
前記湿式石膏硬化促進剤の粘度が、約１０００ｃＰ〜約５０００ｃＰである、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１１】
前記湿式石膏硬化促進剤の粘度が、約２０００ｃＰ〜約４０００ｃＰである、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１２】
前記有機ホスホン酸化合物が、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）、ヘキサメチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、上記の任意の酸の、五ナトリウム塩、三ナトリウム塩、四ナトリウム塩、ナトリウム塩、アンモニウム塩、カリウム塩、カルシウム塩又はマグネシウム塩、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１３】
前記ホスフェート含有化合物が、オルトホスフェート、ポリホスフェート及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１４】
ホスフェート含有化合物が、ピロリン酸四カリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、ピロリン酸四ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムカリウム、６〜約２７個のホスフェート単位を有するヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸アンモニウム、トリメタリン酸ナトリウム、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１５】
硬化石膏のインターロッキングマトリックスを形成するために使用される仮焼石膏及び水を含む混合物に硬化促進剤を加えた場合、該硬化促進剤が仮焼石膏の５０％水和時間を約６分間以下にする、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１６】
硬化石膏のインターロッキングマトリックスを形成するために使用される仮焼石膏及び水を含む混合物に硬化促進剤を加えた場合、該硬化促進剤が仮焼石膏の５０％水和時間を約５分以下にする、請求項１３に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１７】
（ａ）硫酸カルシウム二水和物、水、ならびに（ｉ）有機ホスホン酸化合物、（ｉｉ）ホスフェート含有化合物、及び（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の混合物からなる群から選択される少なくとも１種の添加剤を湿式粉砕するステップと、
（ｂ）中央粒度が約０．５ミクロン〜約２ミクロンである粉砕品を含む湿式石膏硬化促進剤を形成するように前記湿式石膏硬化促進剤を形成するために添加剤の存在下で石膏を湿式粉砕するステップと
を含む、湿式石膏硬化促進剤を調製する方法。
【請求項１８】
ミルシャフト及びビーズを含み、該ビーズは、平均ビーズ径が約０．５ｍｍ〜約３ｍｍであり、密度が約２．５ｇ／ｃｍ３以上であるミルアセンブリを提供するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ビーズの平均ビーズ径が、約１ｍｍ〜約２ｍｍである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ビーズが、セラミックビーズである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ビーズが、セリア安定化ジルコニアを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
自動供給システムを介して前記硫酸カルシウム二水和物をミルアセンブリに加える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
湿式粉砕をビーズミルアセンブリの１回通過で実施する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
湿式粉砕をビーズミルアセンブリの複数回通過で実施する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記湿式石膏硬化促進剤が、実質的に非晶質である粉砕品を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記湿式石膏硬化促進剤が、約１ミクロン〜約１．７ミクロンの中央粒度を有する粉砕品を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
前記湿式石膏硬化促進剤が、約１ミクロン〜約１．５ミクロンの中央粒度を有する粉砕品を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
硫酸カルシウム二水和物が、前記硬化促進剤の約３５重量％〜約４５重量％の量において存在する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記有機ポリホスホン酸化合物が、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）、ヘキサメチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、上記の任意の酸の、五ナトリウム塩、三ナトリウム塩、四ナトリウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、カルシウム塩又はマグネシウム塩、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項３０】
前記ホスフェート含有化合物が、オルトホスフェート、ポリホスフェート及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
前記ホスフェート含有化合物が、ピロリン酸四カリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、ピロリン酸四ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムカリウム、６〜約２７個のホスフェート単位を有するヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸アンモニウム、トリメタリン酸ナトリウム、ナトリウム塩、アンモニウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩又はそれらの組合せからなる群から選択される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記添加剤が、硫酸カルシウム二水和物の約０．５％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）の五ナトリウム塩と硫酸カルシウム二水和物の約０．５重量％のトリメタリン酸ナトリウムとの混合物からなる、請求項１７に記載の方法。
【請求項３３】
硬化石膏のインターロッキングマトリックスを形成するために仮焼石膏を水和する方法であって、
仮焼石膏、水及び湿式石膏硬化促進剤の混合物を形成するステップを有し、前記湿式石膏硬化促進剤が、約０．５ミクロン〜約２ミクロンの中央粒度を有する粉砕品を含み、前記粉砕品が、硫酸カルシウム二水和物を含み、硬化促進剤が、水と、
（ｉ）有機ホスホン酸化合物、
（ｉｉ）ホスフェート含有化合物、及び
（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の混合物
からなる群から選択される少なくとも１種の添加剤と、をさらに含む方法。
【請求項３４】
前記仮焼石膏の５０％水和時間が、約６分間以下である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記仮焼石膏の５０％水和時間が、約５分間以下である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
少なくとも、仮焼石膏、水、ならびに中央粒度が約０．５ミクロン〜約２ミクロンである硫酸カルシウム二水和物と、水と、
（ｉ）有機ホスホン酸化合物、
（ｉｉ）ホスフェート含有化合物、及び
（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の混合物
からなる群から選択される添加剤と、を含む硬化促進剤から形成される硬化石膏のインターロッキングマトリックスを含む硬化石膏含有組成物。
【請求項３７】
請求項３６に記載の組成物を含む硬化石膏含有製品。
【請求項３８】
ボード又はパネルである、請求項３６に記載の硬化石膏含有製品。
【請求項１】
（ａ）中央粒度が約０．５ミクロン〜約２ミクロンであり、硫酸カルシウム二水和物を含む粉砕品と、
（ｂ）水と、
（ｃ）（ｉ）有機ホスホン酸化合物、
（ｉｉ）ホスフェート含有化合物、及び
（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の混合物
からなる群から選択される添加剤と、
を含む湿式石膏硬化促進剤。
【請求項２】
前記粉砕品が、実質的に非晶質である、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項３】
前記粉砕品の中央粒度が、約１ミクロン〜約１．７ミクロンである、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項４】
前記粉砕品の中央粒度が、約１ミクロン〜約１．５ミクロンである、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項５】
前記添加剤が、前記硫酸カルシウム二水和物の約０．１重量％〜約１０重量％の量において存在する、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項６】
前記添加剤が、少なくとも１種の有機ホスホン酸化合物と少なくとも１種のホスフェート含有化合物の混合物であり、前記有機ホスホン酸化合物が、前記硫酸カルシウム二水和物の約０．０５重量％〜約９．９５重量％の量において存在し、前記ホスフェート含有化合物が、前記硫酸カルシウム二水和物の約０．０５重量％〜約９．９５重量％の量において存在する、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項７】
前記添加剤が、前記硫酸カルシウム二水和物の約０．５重量％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）五ナトリウム塩と、前記硫酸カルシウム二水和物の約０．５重量％のトリメタリン酸ナトリウムの混合物である、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項８】
前記硫酸カルシウム二水和物が、前記硬化促進剤の少なくとも約２０重量％の量において存在する、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項９】
前記硫酸カルシウム二水和物が、前記硬化促進剤の約３５重量％〜約４５重量％の量において存在する、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１０】
前記湿式石膏硬化促進剤の粘度が、約１０００ｃＰ〜約５０００ｃＰである、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１１】
前記湿式石膏硬化促進剤の粘度が、約２０００ｃＰ〜約４０００ｃＰである、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１２】
前記有機ホスホン酸化合物が、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）、ヘキサメチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、上記の任意の酸の、五ナトリウム塩、三ナトリウム塩、四ナトリウム塩、ナトリウム塩、アンモニウム塩、カリウム塩、カルシウム塩又はマグネシウム塩、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１３】
前記ホスフェート含有化合物が、オルトホスフェート、ポリホスフェート及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１４】
ホスフェート含有化合物が、ピロリン酸四カリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、ピロリン酸四ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムカリウム、６〜約２７個のホスフェート単位を有するヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸アンモニウム、トリメタリン酸ナトリウム、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１５】
硬化石膏のインターロッキングマトリックスを形成するために使用される仮焼石膏及び水を含む混合物に硬化促進剤を加えた場合、該硬化促進剤が仮焼石膏の５０％水和時間を約６分間以下にする、請求項１に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１６】
硬化石膏のインターロッキングマトリックスを形成するために使用される仮焼石膏及び水を含む混合物に硬化促進剤を加えた場合、該硬化促進剤が仮焼石膏の５０％水和時間を約５分以下にする、請求項１３に記載の湿式石膏硬化促進剤。
【請求項１７】
（ａ）硫酸カルシウム二水和物、水、ならびに（ｉ）有機ホスホン酸化合物、（ｉｉ）ホスフェート含有化合物、及び（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の混合物からなる群から選択される少なくとも１種の添加剤を湿式粉砕するステップと、
（ｂ）中央粒度が約０．５ミクロン〜約２ミクロンである粉砕品を含む湿式石膏硬化促進剤を形成するように前記湿式石膏硬化促進剤を形成するために添加剤の存在下で石膏を湿式粉砕するステップと
を含む、湿式石膏硬化促進剤を調製する方法。
【請求項１８】
ミルシャフト及びビーズを含み、該ビーズは、平均ビーズ径が約０．５ｍｍ〜約３ｍｍであり、密度が約２．５ｇ／ｃｍ３以上であるミルアセンブリを提供するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ビーズの平均ビーズ径が、約１ｍｍ〜約２ｍｍである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ビーズが、セラミックビーズである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ビーズが、セリア安定化ジルコニアを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
自動供給システムを介して前記硫酸カルシウム二水和物をミルアセンブリに加える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
湿式粉砕をビーズミルアセンブリの１回通過で実施する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
湿式粉砕をビーズミルアセンブリの複数回通過で実施する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記湿式石膏硬化促進剤が、実質的に非晶質である粉砕品を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記湿式石膏硬化促進剤が、約１ミクロン〜約１．７ミクロンの中央粒度を有する粉砕品を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
前記湿式石膏硬化促進剤が、約１ミクロン〜約１．５ミクロンの中央粒度を有する粉砕品を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
硫酸カルシウム二水和物が、前記硬化促進剤の約３５重量％〜約４５重量％の量において存在する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記有機ポリホスホン酸化合物が、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）、ヘキサメチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）、上記の任意の酸の、五ナトリウム塩、三ナトリウム塩、四ナトリウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、カルシウム塩又はマグネシウム塩、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項３０】
前記ホスフェート含有化合物が、オルトホスフェート、ポリホスフェート及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
前記ホスフェート含有化合物が、ピロリン酸四カリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、ピロリン酸四ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムカリウム、６〜約２７個のホスフェート単位を有するヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸アンモニウム、トリメタリン酸ナトリウム、ナトリウム塩、アンモニウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩又はそれらの組合せからなる群から選択される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記添加剤が、硫酸カルシウム二水和物の約０．５％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）の五ナトリウム塩と硫酸カルシウム二水和物の約０．５重量％のトリメタリン酸ナトリウムとの混合物からなる、請求項１７に記載の方法。
【請求項３３】
硬化石膏のインターロッキングマトリックスを形成するために仮焼石膏を水和する方法であって、
仮焼石膏、水及び湿式石膏硬化促進剤の混合物を形成するステップを有し、前記湿式石膏硬化促進剤が、約０．５ミクロン〜約２ミクロンの中央粒度を有する粉砕品を含み、前記粉砕品が、硫酸カルシウム二水和物を含み、硬化促進剤が、水と、
（ｉ）有機ホスホン酸化合物、
（ｉｉ）ホスフェート含有化合物、及び
（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の混合物
からなる群から選択される少なくとも１種の添加剤と、をさらに含む方法。
【請求項３４】
前記仮焼石膏の５０％水和時間が、約６分間以下である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記仮焼石膏の５０％水和時間が、約５分間以下である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
少なくとも、仮焼石膏、水、ならびに中央粒度が約０．５ミクロン〜約２ミクロンである硫酸カルシウム二水和物と、水と、
（ｉ）有機ホスホン酸化合物、
（ｉｉ）ホスフェート含有化合物、及び
（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の混合物
からなる群から選択される添加剤と、を含む硬化促進剤から形成される硬化石膏のインターロッキングマトリックスを含む硬化石膏含有組成物。
【請求項３７】
請求項３６に記載の組成物を含む硬化石膏含有製品。
【請求項３８】
ボード又はパネルである、請求項３６に記載の硬化石膏含有製品。
【公表番号】特表２００８−５３９１５７（Ｐ２００８−５３９１５７Ａ）
【公表日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５０８８０９（Ｐ２００８−５０８８０９）
【出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１４５０３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１１５４９６
【国際公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【出願人】（５９６１７２３２５）ユナイテッド・ステイツ・ジプサム・カンパニー (100)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１４５０３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１１５４９６
【国際公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【出願人】（５９６１７２３２５）ユナイテッド・ステイツ・ジプサム・カンパニー (100)
【Ｆターム（参考）】
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