專利名稱：聚合物增強(qiáng)的復(fù)合粘結(jié)建筑材料的制備方法及其組成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合物增強(qiáng)的復(fù)合粘結(jié)建筑材料(例如輕質(zhì)混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)制混凝土、石膏墻板、增強(qiáng)的石膏復(fù)合板、灰泥、可加工的粘結(jié)材料、連接處理化合物和隔聲板等)的制備方法和組成。所述方法和組成也適用于輕質(zhì)、堅(jiān)實(shí)、可模壓的粘結(jié)性產(chǎn)品，例如矯形用的石膏模型和牙齒模型。
背景技術(shù)：
粘結(jié)建筑材料，如水泥和石膏產(chǎn)品，一般通過(guò)將脫水的無(wú)機(jī)材料和水混合，然后將得到的漿料鑄成模型、模板或薄片，在鑄模中發(fā)生水合作用，硬化，然后變干。例如，含石膏的物品是將煅燒的石膏粉(半水石膏和/或硬石膏)和水(通常還有各種各樣的低百分比的添加物)混合，然后將混合物澆注到具有所需形狀的模具中或表面上。接著發(fā)生水合反應(yīng)形成相互聯(lián)結(jié)的石膏晶體(二水硫酸鈣)基體。通常隨后進(jìn)行適度加熱以去除殘留的自由(未反應(yīng)的)水來(lái)得到干燥的產(chǎn)品。
粘結(jié)材料因?yàn)橐鬃⒛Ｐ?、高耐壓?qiáng)度和耐火性等令人滿意的性質(zhì)而被普遍地主要應(yīng)用于建筑工業(yè)。粘結(jié)產(chǎn)品包括混凝土、輕質(zhì)混凝土、鋼筋混凝土、混凝土板、石膏板、增強(qiáng)復(fù)合石膏板、灰泥、可機(jī)加工的材料、連接處理材料、隔音磚、石膏模型和牙科模型。用粘結(jié)材料制造的產(chǎn)品最顯著的缺點(diǎn)是重量太重，這導(dǎo)致較高的生產(chǎn)、安裝和建造成本。因?yàn)橹付ńM成的材料強(qiáng)度與它的密度成正比，為了達(dá)到所需的性能要求，現(xiàn)在的粘結(jié)建筑材料必須具有較高的密度。材料密度以及產(chǎn)品的總重量可以通過(guò)將氣孔或膨脹的填料引入無(wú)機(jī)材料而降低，但是損失的強(qiáng)度與重量減少超出簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。
所有上述描述的粘結(jié)產(chǎn)品都可以得益于提高的強(qiáng)度-重量比，這將使它們?cè)谑褂弥懈艹惺軌毫?，同時(shí)減輕重量和建造成本。墻板，體積最大的石膏產(chǎn)品，尤其會(huì)顯著地從這種改進(jìn)中受益。墻板一般由覆蓋紙板和夾在中間的石膏核芯組成。在減輕產(chǎn)品重量時(shí)，制造者總是通過(guò)摻入氣孔或輕質(zhì)的填料來(lái)增加石膏核芯的孔隙率。因而核芯不結(jié)實(shí)，并且現(xiàn)在的墻板強(qiáng)度大部分都靠定向的纖維、多層面紙來(lái)提供。到目前為止，紙是墻板制造中最貴的組分，約占制造成本的40％以上。而且，墻板的紙面受模塑的影響(消耗纖維素材料)，降低板的機(jī)械完整性，并且產(chǎn)生難聞的氣味和有毒的化學(xué)物質(zhì)。
人們?cè)诓粩嗟嘏τ玫兔芏炔牧?如膨脹珍珠巖或氣孔)替代部分凝固的石膏基體的方法，使含石膏的產(chǎn)品更輕。在這樣的組成中，因?yàn)樵诘兔芏犬a(chǎn)品中減少了提供強(qiáng)度的凝固的石膏物質(zhì)，所以需要把凝固的石膏強(qiáng)度提高到正常水平之上以保持總的產(chǎn)品強(qiáng)度。
一些添加劑，例如纖維素顆粒和纖維，已經(jīng)被加入來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)粘結(jié)產(chǎn)品的力學(xué)性能。在一些高耐火要求的應(yīng)用中，更貴的玻璃纖維被用來(lái)替代木材。然而，通常的纖維，尤其是玻璃，不能很好地粘附在石膏基體上，而且降低了石膏漿料的可成形性，因此限制了板的改進(jìn)。玻璃纖維還容易碎，在板的裝卸、安裝、或拆除的時(shí)候很容易脫離，產(chǎn)生對(duì)皮膚和肺部的刺激。
最近，人們對(duì)摻入合成聚合物來(lái)改進(jìn)建筑材料的強(qiáng)度和耐磨性產(chǎn)生了越來(lái)越多的興趣。通過(guò)在粘結(jié)材料中添加橡膠或其它增強(qiáng)聚合物，獲得了強(qiáng)度-重量比有少量提高的包含水分散性的聚合物的復(fù)合粘結(jié)材料。然而，迄今為止由于一些特定的要求，聚合物增強(qiáng)的粘結(jié)產(chǎn)品的商業(yè)化仍只限于相對(duì)昂貴的壁龕產(chǎn)品。
美國(guó)專利6,402,832(“’832專利”)描述了添加劑在快速干燥的接合劑中的使用。在一個(gè)例子中，一種水溶性的具有氮或磺酸酯基的功能聚合物(例如分子量在20,000和40,000(本申請(qǐng)中所以分子量的單位均為道爾頓)之間的聚(乙烯基吡咯烷酮)(PVP))與粉末狀固體雙酚A基環(huán)氧樹(shù)脂(例如Shell EPONTM1002F(Epoxy))相組合，獲得的抗裂強(qiáng)度比只用PVP時(shí)的稍微高一些，干燥速度也比只用PVP時(shí)的稍微要快一些。
但是，美國(guó)專利6,402,832中的PVP和Epoxy，無(wú)論單獨(dú)或共同添加，減少了由水從漿料中蒸發(fā)所產(chǎn)生的孔隙(美國(guó)專利6,402,832，第4欄，行46-54)。根據(jù)美國(guó)專利6,402,832，接合劑中孔隙的減少是增強(qiáng)抗裂性能(根據(jù)在兩塊墻板之間的結(jié)合處開(kāi)始產(chǎn)生裂紋所需的負(fù)載來(lái)評(píng)價(jià))的主要機(jī)理。
在另一個(gè)例子中，美國(guó)專利6,402,832講到分子量在40,000和80,000之間的PVP與更高分子量的PVP相比，會(huì)明顯提高抗裂性能(第6欄，第3-5行)。在這種分子量時(shí)，3-6重量％的PVP與2-4重量％的Epoxy濃度被公開(kāi)為獲得最佳抗裂性和干燥時(shí)間的最優(yōu)的、最低的濃度范圍，聚合物的成本一般是無(wú)機(jī)材料(尤其對(duì)于石膏產(chǎn)品)的幾百倍，而且增強(qiáng)聚合物的添加量通常限制在混合物中占很小的百分比(例如，在墻板的應(yīng)用中小于灰泥重量的1％)以在市場(chǎng)上取得成功。但是，因?yàn)楦邚?qiáng)度的聚合物通常與無(wú)機(jī)材料的粘結(jié)性低，而且在水溶液中往往凝結(jié)，所以需要大量的聚合物(或增容劑，如表面活性劑)來(lái)提高復(fù)合物的強(qiáng)度-重量比。
換句話說(shuō)，親水聚合物能與石膏晶體很好的粘結(jié)，但是往往會(huì)(1)本征的膜強(qiáng)度低；(2)與石膏晶體粘合太好，以至于嚴(yán)重影響水合作用和晶體生長(zhǎng)，從而影響復(fù)合物強(qiáng)度；或(3)它與水有比無(wú)機(jī)材料更好的親和力，隨蒸發(fā)的濕氣遷移到樣品的邊緣，導(dǎo)致核芯沒(méi)有得到強(qiáng)化從而不堅(jiān)固。
在2002年3月7日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)10/094,572(“’572申請(qǐng)”，在此引作參考)中，用聚合物包覆無(wú)機(jī)填料顆粒，提供了顆粒之間的粘附力和整個(gè)核芯復(fù)合物的內(nèi)聚力(力學(xué)/尺寸穩(wěn)定性)。除了橋接顆粒，聚合物粘合劑還提供了粘彈阻尼(聲學(xué)能的吸收)，導(dǎo)致優(yōu)良的噪聲降低性能。整個(gè)系統(tǒng)重量輕，并且對(duì)火焰具有與通用石膏板相似的阻燃性。而且，大的氣孔比例使材料具有高的絕熱效果，可防止框架結(jié)構(gòu)(2″× 4″板墻筋)在實(shí)際火災(zāi)事件中過(guò)熱。用’572申請(qǐng)的低密度核芯制造的石膏墻板的強(qiáng)化主要?dú)w因于面紙或其它在墻板表面形成的更高密度的層，芯本身的重量得到了減小。
在工業(yè)中，對(duì)大量提高粘結(jié)材料(包括水泥和墻板產(chǎn)品)的強(qiáng)度-重量比，來(lái)制造輕質(zhì)的產(chǎn)品或更強(qiáng)的耐磨產(chǎn)品存在著長(zhǎng)期的要求。另外，去除或減少其它添加物(例如墻板的面紙和玻璃纖維)可以減少板和建造的成本、減少環(huán)境劣化和對(duì)人體健康的危害。而且，對(duì)于高強(qiáng)度粘結(jié)建筑材料還有提高對(duì)熱和聲音的隔離性能的要求。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是制造一種聚合物增強(qiáng)的復(fù)合粘結(jié)建筑材料的方法。另一個(gè)實(shí)施方式是一種包含聚合物增強(qiáng)的復(fù)合粘結(jié)建筑材料(在復(fù)合建筑材料中形成孔隙)的復(fù)合材料。
一種調(diào)節(jié)微觀結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)方法可產(chǎn)生一種具有可控微觀結(jié)構(gòu)的建筑材料，它具有提高的強(qiáng)度-重量比與優(yōu)良的隔音和隔熱性能。所述微觀結(jié)構(gòu)包括形態(tài)可控的有機(jī)和無(wú)機(jī)組分?？紫痘驓饪追稚⒃谖⒂^結(jié)構(gòu)中，與有機(jī)組分結(jié)合在一起，有助于阻尼聲波震動(dòng)和改進(jìn)隔熱性能。而且，孔隙降低了建筑材料的密度。無(wú)機(jī)組分提供了抗壓強(qiáng)度，提供了防火性和阻燃性，它可以是如球形、不規(guī)則形狀、多面體形、纖維狀、針狀、或薄片狀。通過(guò)加入常用的阻燃材料(例如氫氧化鋁、氧化銻、硫酸鋁、氧化鉍、氧化錫、氧化鐵、氧化鉬、碳酸鉍、硼酸、硼酸鈉(硼砂)和磷酸鹽)，可以提高材料的阻燃性。
孔隙可以與有機(jī)和無(wú)機(jī)組分纏結(jié)在一起的相互連續(xù)的、彎曲的狀態(tài)，或分散的氣孔聚集體的形式存在。所述孔隙可以用來(lái)提供振動(dòng)/聲波傳輸?shù)淖杩故?，?duì)投射或(和)反射波進(jìn)行破壞性干擾，使聲音衰減。特別是，微觀分散的尺度為100納米的區(qū)域有利于削弱可聽(tīng)聲波。孔隙可以通過(guò)加入泡沫或在水合時(shí)由水的蒸發(fā)而形成，如快速攪拌、或摻入表面活性的起泡劑、或加入能釋放氣體(如氮?dú)饣蚨趸?的成分，例如發(fā)泡劑或分解反應(yīng)。多孔的微觀結(jié)構(gòu)如圖5所示，具有被孔隙貫通的包覆的無(wú)機(jī)顆粒的滲透網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，加入兩個(gè)或兩個(gè)以上的組分來(lái)形成孔隙，例如乳化劑(表面活性劑)和膨脹劑(揮發(fā)劑)。乳化劑是具有疏水和親水性的兩性分子化合物。乳化劑的例子包括人們熟知的低分子量的聚乙烯醇、嵌段共聚物、Span、Tween、AOT和WetAid。它們的選擇部分依靠經(jīng)驗(yàn)，部分依靠被稱為親水親油平衡(HLB)原理的準(zhǔn)則。乳化劑系統(tǒng)穩(wěn)定孔隙的微觀結(jié)構(gòu)，提供水包油或油包水的分散，固相可以是其中的一相或兩相。起泡劑可以是，例如物理性試劑，如戊烷、異戊烷、環(huán)戊烷、己烷異構(gòu)體、環(huán)己烷、庚烷異構(gòu)體；和/或化學(xué)性試劑，例如碳酸氫鈉、二亞硝基五亞甲基四胺、磺酸基酰肼、偶氮二酰胺、p-甲苯磺酰氨基脲、5-苯基四唑、二異丙基聯(lián)亞氨基二羧酸酯、5-苯基-3，6-二氫-1，3，4-噁二嗪-2-酮、硼氫化鈉。例如在加熱的時(shí)候，物理性試劑揮發(fā)；化學(xué)性試劑分解。
換句話說(shuō)，可以將膨脹的或可膨脹的填料加入復(fù)合材料中來(lái)引入孔隙或微球，例如可加入諸如Expacel的可膨脹的微球，來(lái)確保將封閉的蜂窩狀孔隙引入復(fù)合建筑材料。
有機(jī)物相可以是一種粘結(jié)劑，如聚合物粘結(jié)劑。例如，可以使用自然存在的材料(如瀝青和柏油)和/或人工合成物質(zhì)(如熱塑性和/或熱固性聚合物)。丙烯睛-丁二烯-苯乙烯(塑料)(ABS)、丙烯酸樹(shù)脂、甲基丙烯酸樹(shù)脂、纖維素樹(shù)脂、尼龍、聚碳酸酯、聚烯烴、乙烯基聚合物、苯乙烯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚酯、聚氨酯和含硅聚合物都是一些例子，但是本發(fā)明并不限于這些粘結(jié)劑。聚合物粘結(jié)劑可以是在將所有復(fù)合建筑材料的組分混合之前已經(jīng)聚合的，或是原位發(fā)生聚合，例如形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。例如，環(huán)氧樹(shù)脂、聚酮/二胺、聚氨酯、聚苯乙烯磺酸鈉和聚(馬來(lái)酸酐-交替-1-十八烯)/二胺。
在一個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，在存在增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分的協(xié)同作用時(shí)，煅燒的石膏的水合作用使通過(guò)水合作用制得的凝固的石膏在抗拔性、抗彎強(qiáng)度和其它性能方面得到驚人的、意想不到的提高，滿足了長(zhǎng)期沒(méi)有解決的對(duì)高性價(jià)比、輕質(zhì)建筑材料的需求。
在所述方法的一個(gè)實(shí)施方式中，該方法可制造具有復(fù)合粘結(jié)材料微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)的建筑材料。復(fù)合粘結(jié)材料相比于已知的建筑材料，提供了優(yōu)良的材料性能，包括抗彎強(qiáng)度、抗拔性、硬度、隔熱/隔音性、耐濕/菌/微生物導(dǎo)致的退化，和減少了不利于人體健康的環(huán)境影響，同時(shí)相比于其它制造建筑材料的方法還減少了總的建筑成本。
例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的復(fù)合材料包括一種有機(jī)的、水分散性的聚合物增強(qiáng)組分和一種能產(chǎn)生將無(wú)機(jī)粘結(jié)基體相互連接的分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)組分。無(wú)機(jī)基體可提供力學(xué)和尺寸穩(wěn)定性，還對(duì)火焰具有阻燃性。在具體實(shí)施方式
中，增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分在很低濃度的情況下協(xié)同作用，也能發(fā)揮效能。
在可選擇的實(shí)施方式中，特定的組成可促進(jìn)石膏水合和晶體生長(zhǎng)，在無(wú)機(jī)粘結(jié)材料和交聯(lián)的有機(jī)增強(qiáng)組分之間提供了優(yōu)良的粘附作用。發(fā)明人認(rèn)為，不以任何方式限制本發(fā)明，優(yōu)良的粘附作用導(dǎo)致復(fù)合材料的強(qiáng)度-重量比獲得驚人的、意想不到的提高，因?yàn)橛袡C(jī)的、水分散性的增強(qiáng)聚合物的交聯(lián)使增強(qiáng)聚合物發(fā)生凝膠化，這會(huì)阻止增強(qiáng)聚合物遷移到復(fù)合材料的表面，否則就會(huì)出現(xiàn)以往在干燥過(guò)程中觀察到的情況。因此，與已知的方法相比，一個(gè)貫通的有機(jī)聚合物網(wǎng)絡(luò)和無(wú)機(jī)基體材料能給粘結(jié)建筑材料提供更好的強(qiáng)度。因而，采用這種復(fù)合材料制成的產(chǎn)品可以具有更輕的重量和/或更高的強(qiáng)度。
在可選的實(shí)施方式中，增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分的成本高于由其它增強(qiáng)試劑的減少或去除所節(jié)省的成本。在一個(gè)具體的可選實(shí)施方式中，可以減少或去除紙面的層數(shù)和/或厚度。在另一個(gè)具體的可選實(shí)施方式中，通過(guò)加入孔隙(氣孔)，該復(fù)合材料相比于已知的具有同樣強(qiáng)度、尺寸、厚度的復(fù)合材料，重量要減輕。孔隙的加入明顯增強(qiáng)了粘結(jié)建筑材料的隔絕性能(如，隔熱值和高頻聲波的衰減)。
本發(fā)明的聚合物增強(qiáng)的復(fù)合粘結(jié)建筑材料理想地適用于輕質(zhì)建筑材料，包括用于通常使用的水泥、高強(qiáng)度水泥、增強(qiáng)水泥、水泥板、墻板、夾襯板、石膏玻璃墊板、無(wú)紙墻板、天花板、灰泥、可加工的粘結(jié)材料、墻板連接處理材料、修墻或修補(bǔ)材料、隔音磚。另外，本發(fā)明方法還可用于制備輕質(zhì)的和/或高強(qiáng)度的石膏模型和牙科模型。而且，本發(fā)明的高強(qiáng)和/或輕質(zhì)的聚合物增強(qiáng)的復(fù)合粘結(jié)建筑材料對(duì)裝飾磚、瓦、衛(wèi)生潔具、廚房工作臺(tái)都有益處。
在本發(fā)明的另一個(gè)可選實(shí)施方式中，聚合物增強(qiáng)的復(fù)合粘結(jié)建筑材料可以填充在任何兩個(gè)表面之間，例如薄木板、纖維增強(qiáng)的聚合物板(來(lái)產(chǎn)生防火性)，來(lái)制造防火的輕質(zhì)板和其它結(jié)構(gòu)，例如門。與通常已知的建筑材料相比，使用本發(fā)明的聚合物增強(qiáng)的復(fù)合粘結(jié)建筑材料制造的建筑材料的低密度和高強(qiáng)度還可協(xié)同降低周圍結(jié)構(gòu)的成本、運(yùn)輸成本、安裝所需要的時(shí)間和人力，減少了總的建筑成本。


為了說(shuō)明本發(fā)明，將代表性的實(shí)施方式顯示在附圖中，要明白這并非是要將本發(fā)明限制在所示的具體排列和方法中。圖1-4中討論的數(shù)據(jù)均得自無(wú)紙的樣品。
圖1說(shuō)明了碘染色法通過(guò)顏色的深淺顯示了增強(qiáng)組分PVP在粘性復(fù)合材料中的位置，其中，標(biāo)有PVP的圖形沒(méi)有使用交聯(lián)組分；而標(biāo)有PVP+PSS的圖形使用聚(4-苯乙烯磺酸鈉)(PSS)作為交聯(lián)組分。
圖2顯示的是包含與PSS結(jié)合的PVP的本發(fā)明樣品的密度與實(shí)際的抗拔載荷之間的關(guān)系(正方形)，以及沒(méi)有加入任何增強(qiáng)或交聯(lián)組分的樣品拔釘阻力與密度的關(guān)系(帶三角形的實(shí)線)。
圖3顯示的是幾個(gè)僅含PVP(帶有圓圈的虛線)、僅含PSS(帶有三角形的點(diǎn)線)、及含有與分子量在1百萬(wàn)的PSS結(jié)合的PVP(帶有方形的實(shí)線)的實(shí)施方式的拔釘阻力的提高百分比與PVP分子量的函數(shù)關(guān)系(僅有PSS的例外，它是拔釘阻力與PSS分子量的函數(shù)關(guān)系)。
圖4顯示的是幾個(gè)僅含PVP(帶有圓圈的點(diǎn)線)和包含與PSS結(jié)合的PVP(帶有方形的實(shí)線)的實(shí)施方式的抗彎強(qiáng)度與PVP分子量的歸一化的函數(shù)關(guān)系。
圖5說(shuō)明的是包含有機(jī)粘結(jié)劑、無(wú)機(jī)顆粒和孔隙(由氣孔表示)的膨脹的泡沫復(fù)合建筑材料的微觀結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明現(xiàn)在通過(guò)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。這些實(shí)施方式只是用來(lái)作為說(shuō)明性實(shí)例，本發(fā)明并不受它們的限制。
在一個(gè)實(shí)施方式中，聚合物增強(qiáng)的復(fù)合粘結(jié)建筑材料包含一種粘結(jié)材料，如石膏或水泥；一種由增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分結(jié)合形成的聚合物組合物。據(jù)認(rèn)為(在任何情況下都沒(méi)有限制本發(fā)明的意思)，交聯(lián)組分與增強(qiáng)組分作用使增強(qiáng)組分在原位被交聯(lián)，使增強(qiáng)組分獲得優(yōu)良的分布，并在增強(qiáng)組分和無(wú)機(jī)顆粒之間建立了緊密的相互作用。
在一個(gè)實(shí)施方式中，相比于通常的只添加聚合物而沒(méi)有交聯(lián)組分的協(xié)同的材料，僅添加有少量的與交聯(lián)組分協(xié)同作用的增強(qiáng)聚合物的聚合物增強(qiáng)的復(fù)合粘結(jié)建筑材料在強(qiáng)度-重量比方面獲得了驚人的、意想不到的提高。而且，發(fā)明人認(rèn)為(在任何情況下都沒(méi)有限制本發(fā)明的意思)，高分子量組分形成一種擴(kuò)展的貫通粘結(jié)建筑材料的分子網(wǎng)絡(luò)。與通常使用的低分子量聚合物相比，該網(wǎng)絡(luò)明顯改進(jìn)了材料的性能。
在一個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，增強(qiáng)組分是水分散性的含氮聚合物。例如，水溶性的高極性聚合物在增強(qiáng)組分和無(wú)機(jī)基體顆粒之間提供強(qiáng)的相互作用，有助于粘結(jié)顆粒和強(qiáng)化復(fù)合粘結(jié)建筑材料。
據(jù)認(rèn)為，交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)也使二水硫酸鈣晶體的形狀發(fā)生改變。一個(gè)實(shí)施方式的樣品的微觀結(jié)構(gòu)顯微照片表明該晶體比用已知文獻(xiàn)制備的樣品晶體要顯得更長(zhǎng)和更厚。這個(gè)結(jié)果取決于制備聚合物增強(qiáng)粘結(jié)材料的混合、水合、成型和干燥等工藝的影響。
另外，據(jù)認(rèn)為，交聯(lián)的分子網(wǎng)絡(luò)作為粘結(jié)劑促進(jìn)了晶體之間的粘合，增強(qiáng)了復(fù)合材料的強(qiáng)度。如圖1所示，分子交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)不會(huì)凝結(jié)、團(tuán)聚、或遷移到表面。相反地，它與無(wú)機(jī)晶體具有很高的親和力，可能以細(xì)層將它們包覆。因此，與已知增強(qiáng)添加劑相比，即使在低的聚合物含量和低成本的情況下，強(qiáng)度依然可以得到增強(qiáng)。而且，低的聚合物含量允許使用分子量高很多的聚合物用作增強(qiáng)組分，而不會(huì)導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的漿料粘度的增加，否則，會(huì)帶來(lái)加工困難。
圖1顯示的是將作為交聯(lián)組分的PSS加入到作為增強(qiáng)組分的PVP中，充分減少了水溶性PVP向漿料表面的遷移，否則在干燥過(guò)程中將會(huì)發(fā)生遷移。水分散性的聚合物和添加劑(如淀粉和硼砂)的遷移是本領(lǐng)域所周知的，即干燥過(guò)程中蒸發(fā)的水將水分散性、水溶性組分?jǐn)y帶到表面。使用碘染技術(shù)，圖1顯示了沒(méi)有交聯(lián)組分時(shí)，PVP遷移到表面；然而添加很少量的交聯(lián)組分，例如PVP與PSS的比例為1∶4時(shí)，就會(huì)充分減小干燥過(guò)程中增強(qiáng)組分往表面的遷移。
增強(qiáng)組分往樣品表面的遷移增加了表面層(承受最高的彎曲應(yīng)力)增強(qiáng)組分的濃度。這可以產(chǎn)生增強(qiáng)的抗彎強(qiáng)度，但是使樣品核芯缺少增強(qiáng)組分。通過(guò)防止增強(qiáng)組分的遷移，即使使用很少量的交聯(lián)組分也能協(xié)同增強(qiáng)材料對(duì)釘子的拔釘阻力。弱的拔釘阻力是已知的密度減小的粘結(jié)建筑材料(如輕質(zhì)墻板)的主要缺點(diǎn)。常規(guī)的低密度粘結(jié)建筑材料的低密度核芯因?yàn)樵鰪?qiáng)組分遷移至輕質(zhì)墻板的表面而變脆弱，容易在受力時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，如粉碎、密度增大、或變形，這使得只有表面層來(lái)阻止釘子的拔出。作為對(duì)比，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，少量添加可以減少干燥過(guò)程中增強(qiáng)組分向表面遷移的交聯(lián)組分，很大地增強(qiáng)了核芯區(qū)域的拔釘阻力。因此，墻板總的拔釘阻力與常規(guī)輕質(zhì)墻板相比得到明顯地增強(qiáng)。
圖4中的實(shí)線顯示的是拔釘阻力(單位lbs)與未經(jīng)增強(qiáng)的對(duì)比樣品的密度(單位g/cc)的關(guān)系曲線，其是基于試驗(yàn)對(duì)比樣品(黑三角形)和已知的強(qiáng)度-密度關(guān)系計(jì)算得到的。點(diǎn)A和B說(shuō)明本發(fā)明可以使重量在拔釘阻力同為50lbs的情況下減少20％以上。
在圖2中，通過(guò)用相同密度的未增強(qiáng)樣品的拔釘阻力來(lái)除以增強(qiáng)樣品的拔釘阻力所得的歸一化的百分比來(lái)表示增強(qiáng)樣品拔釘阻力的提高。相同密度的未增強(qiáng)樣品的拔釘阻力由圖4顯示的拔釘阻力和密度的關(guān)系來(lái)得到。圖3中抗彎強(qiáng)度的提高用相似的方法來(lái)計(jì)算，使用已知的未增強(qiáng)樣品的抗彎強(qiáng)度與密度的關(guān)系來(lái)歸一化抗彎強(qiáng)度數(shù)據(jù)。因此，圖2中拔釘阻力提高為0％表示拔釘阻力與相同測(cè)試密度的對(duì)比樣品的預(yù)期拔釘阻力相同；圖3中抗彎強(qiáng)度的提高為0％表示抗彎強(qiáng)度與相同密度的對(duì)比樣品的相同。提高為100％說(shuō)明這個(gè)值是相同密度的對(duì)比樣品的預(yù)期值的兩倍。
在一個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，增強(qiáng)組分包含一種乙烯基吡咯烷酮，其中所述乙烯基吡咯烷酮包括均聚物、共聚物或兩者兼有。所述增強(qiáng)組分與能夠交聯(lián)乙烯基吡咯烷酮的交聯(lián)組分結(jié)合使用。結(jié)果表明相比于對(duì)比樣品(如表I和圖2-4所示)，復(fù)合粘結(jié)建筑材料的拔釘阻力和抗彎強(qiáng)度有驚人的提高。從圖4中的對(duì)比樣品可以看出，樣品密度的降低往往會(huì)導(dǎo)致樣品抗彎強(qiáng)度和拔釘阻力的降低。這正如從相對(duì)強(qiáng)度和硬度與相對(duì)密度的關(guān)系中所預(yù)計(jì)的，如《Cellular Solids Structureand Properties》，第二版(L.Gibson和M.Ashby，劍橋大學(xué)出版社，紐約，1997)第192-198頁(yè)所示的。在根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施方式
中這種趨勢(shì)得到了克服。
圖2顯示單獨(dú)添加一種特定交聯(lián)組分(PSS)會(huì)降低拔釘阻力的值。但是，按照本發(fā)明的實(shí)施方式中的方法，一種或多種特定的增強(qiáng)組分和一種或多種交聯(lián)組分的結(jié)合可以對(duì)復(fù)合粘結(jié)建筑材料的強(qiáng)度-重量比產(chǎn)生驚人的、意想不到的協(xié)同效應(yīng)，如圖2至4所示。特別是圖2顯示了將PVP與作為交聯(lián)組分的PSS結(jié)合會(huì)使拔釘阻力得到協(xié)同的提高。
對(duì)墻板來(lái)說(shuō)，拔釘阻力是一個(gè)關(guān)鍵的力學(xué)性能。通常將墻板固定在支撐物(stud)上的方法是使釘子或螺絲穿透墻板并進(jìn)入墻中的支撐物內(nèi)。輕質(zhì)墻板較難滿足拔釘阻力的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在核芯密度因?yàn)榧尤肟紫抖鴾p小時(shí)。通過(guò)使用水分散性的增強(qiáng)組分與交聯(lián)組分一起作為石膏墻板的添加劑，本發(fā)明的實(shí)施方式在充分減少標(biāo)準(zhǔn)尺寸墻板重量的同時(shí)可滿足或超過(guò)拔釘阻力標(biāo)準(zhǔn)，從而解決了這個(gè)長(zhǎng)期以來(lái)懸而為決的問(wèn)題。
如圖2和3所示，即使在沒(méi)有交聯(lián)組分的情況下，增加增強(qiáng)組分的分子量也可以適當(dāng)?shù)貜?qiáng)化復(fù)合材料。例如，如表I所示，將PVP以2g/100g的濃度加入無(wú)機(jī)粘結(jié)粉末中。此時(shí)，PVP適當(dāng)?shù)卦鰪?qiáng)了復(fù)合材料的拔釘阻力和抗彎強(qiáng)度。對(duì)分子量大于約100,000的PVP來(lái)說(shuō)，加入交聯(lián)組分會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，這超過(guò)了僅靠添加更多增強(qiáng)組分所能達(dá)到的效果。通過(guò)在輕質(zhì)產(chǎn)品中添加少量的(如1％或更低)增強(qiáng)組分來(lái)獲得驚人的結(jié)果，解決了長(zhǎng)期以來(lái)有效增加粘結(jié)建筑材料的強(qiáng)度-重量比的成本問(wèn)題，只需加入非常少量的高分子量的交聯(lián)組分來(lái)與PVP發(fā)生交聯(lián)，所獲得的輕質(zhì)產(chǎn)品就可滿足或超過(guò)建筑工業(yè)中使用的標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)際上，包含作為增強(qiáng)組分的PVP和作為交聯(lián)組分的PSS(與僅包含PVP的樣品相比，聚合物含量更低)的復(fù)合材料的拔釘阻力大大超過(guò)了只含PVP(沒(méi)有交聯(lián)組分)的樣品，如表I和圖2和3所示。圖2說(shuō)明在分子量約為100,000或更大時(shí)，本發(fā)明的復(fù)合材料的拔釘阻力會(huì)得到充分提高。在這里，“充分提高”指的是拔釘阻力的提高至少為10％。這里之所以用“約100,000”是因?yàn)椴煌奶幚韰?shù)和不同增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分的選擇會(huì)使令拔釘阻力產(chǎn)生充分提高的分子量發(fā)生變化。在分子量大于100,000時(shí)，歸一化的抗彎強(qiáng)度也會(huì)增加。因此高分子量增強(qiáng)組分定義為分子量至少為約100,000的增強(qiáng)組分。
對(duì)于一些組成，充分提高的拔釘阻力會(huì)在分子量為80,000的情況時(shí)出現(xiàn)。其它組成則在分子量達(dá)到120,000時(shí)才能獲得拔釘阻力的充分提高。因此，“約100,000”是指±20％的相對(duì)變化，這取決于如由增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分的特定處理?xiàng)l件或特定組成所引起的制備偏差。優(yōu)選增強(qiáng)組分的分子量至少為約100,000。更優(yōu)選增強(qiáng)組分的分子量至少為約100,000，但是低于1300,000。圖2和3的結(jié)果顯示，在1300,000以上時(shí)，增大的分子量不再增加拔釘阻力，反而減少了抗彎強(qiáng)度的提高。
增強(qiáng)組分的具體實(shí)例包括乙烯基吡咯烷酮聚合物，包含但不限于聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基吡咯烷酮-共-乙烯基己內(nèi)酰胺)、聚(乙烯基吡咯烷酮-共-二乙基氨基丙烯酸酯)、聚(乙烯基吡咯烷酮-共-醋酸乙烯酯)、聚(乙烯基吡咯烷酮-共-苯乙烯)、聚(乙烯基吡咯烷酮-共-咪唑)、聚(乙烯基吡咯烷酮-共-乙烯基己內(nèi)酰胺-共-二乙基氨基丙烯酸酯)、聚(乙烯基吡咯烷酮-共-乙烯基己內(nèi)酰胺-共-醋酸乙烯酯)以及它們的混合物。
本發(fā)明人認(rèn)為(但并不局限于以下情況)，高分子量增強(qiáng)組分是理想的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)添加交聯(lián)組分形成的凝膠將增強(qiáng)組分束縛住，阻止了增強(qiáng)組分在干燥過(guò)程中因?yàn)樗恼舭l(fā)而向復(fù)合材料的表面發(fā)生遷移。本發(fā)明人認(rèn)為，本發(fā)明的實(shí)施方式形成了與無(wú)機(jī)基體相相互連接的交聯(lián)分子網(wǎng)絡(luò)。
例如，交聯(lián)分子可以通過(guò)離子相互作用、氫鍵結(jié)合、共價(jià)鍵結(jié)合、或物理相互作用，以及它們的聯(lián)合作用將增強(qiáng)組分束縛住。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，發(fā)明人認(rèn)為交聯(lián)組分通過(guò)離子相互作用、氫鍵結(jié)合、或兩者的共同作用，將增強(qiáng)組分束縛住。
在一個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，交聯(lián)組分是不同于增強(qiáng)組分的物質(zhì)，例如一種不同于增強(qiáng)組分的聚合物。在可選的實(shí)施方式中，增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分也可以是同一聚合物大分子上的部分，如包含能通過(guò)離子結(jié)合或氫鍵結(jié)合相互作用形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的側(cè)基的嵌段共聚物或無(wú)規(guī)共聚物。在另一個(gè)實(shí)施方式中，交聯(lián)組分是一種催化劑，其引發(fā)增強(qiáng)組分的聚合物鏈之間的共價(jià)鍵結(jié)合的形成，從而形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
在一個(gè)可選的實(shí)施方式中，發(fā)明人認(rèn)為(并非對(duì)本發(fā)明的限制)，交聯(lián)組分與增強(qiáng)組分之間存在物理的相互作用，而不是化學(xué)的相互作用。例如，交聯(lián)組分包含可在水中形成凝膠的添加物，這在物理上限制了增強(qiáng)組分的遷移，和/或有助于增強(qiáng)組分聚合物鏈的物理纏結(jié)。
在一個(gè)可選的實(shí)施方式中，相比于對(duì)比樣品和添加有水分散性的增強(qiáng)組分但不含交聯(lián)組分的試樣，其它的高分子量、水分散性的、含氮的均聚物、共聚物、以及均聚物與共聚物混合物的混合物與交聯(lián)組分的協(xié)同作用，可以提高復(fù)合粘結(jié)建筑材料的強(qiáng)度-重量比。盡管實(shí)驗(yàn)結(jié)果太多以至于無(wú)法在這里一一列出，一些可選實(shí)施方式的實(shí)例包括，但不限制于聚丙烯酰胺、聚(丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸)、聚(乙烯基己內(nèi)酰胺)、聚(2-乙基-2-噁唑啉)、聚(乙烯基吡啶)、聚(乙烯基咪唑)、丙烯酰胺共聚物、2-乙基-2-噁唑啉共聚物、乙烯基己內(nèi)酰胺共聚物、乙烯基吡啶共聚物、乙烯基咪唑共聚物、和它們的混合物。在為高分子量增強(qiáng)組分時(shí)，通過(guò)與用來(lái)交聯(lián)(不管是物理的或化學(xué)的交聯(lián))增強(qiáng)組分的組分一起使用，這些具體實(shí)施方式
往往表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)。
離子交聯(lián)組分的實(shí)例包括聚磺酸鹽、聚羧酸鹽和聚磷酸鹽。例如，在與一些特定的增強(qiáng)組分一起使用時(shí)，首選聚磺酸鹽。聚磺酸鹽的例子包括聚(苯乙烯磺酸)、聚(乙烯磺酸)、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸)的金屬鹽(例如，堿金屬和堿土金屬陽(yáng)離子)和銨鹽；萘磺酸鹽縮聚物；三聚氰胺磺酸鹽縮聚物；木質(zhì)素磺酸鹽；包含苯乙烯磺酸、乙烯磺酸、丙磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸的鹽的共聚物；以及它們的混合物。已發(fā)現(xiàn)可以與增強(qiáng)組分協(xié)同作用的離子聚合物還包括聚磷酸鹽(如聚磷酸銨)、聚膦酸鹽、聚羧酸鹽(如丙烯酸共聚物的鹽)。
強(qiáng)度-重量比的提高不僅取決于特定交聯(lián)組分的選擇，而且也取決于這種交聯(lián)組分的分子量，尤其在交聯(lián)組分是離子交聯(lián)組分的時(shí)候。例如，與分子量約1300,000的PVP結(jié)合的PSS對(duì)石膏復(fù)合材料的強(qiáng)度-重量比的影響隨著分子量的增大而穩(wěn)步增加。優(yōu)選將分子量至少為70,000，更優(yōu)選分子量至少為約100,000，再更優(yōu)選分子量至少為約1,000,000的PSS用于本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中(在這里，“約”仍然表示偏差±20％)。
在可選實(shí)施方式的具體實(shí)例中，具有適合與PVP氫鍵結(jié)合的側(cè)基的聚合物表現(xiàn)出增大的強(qiáng)度-重量比。這些聚合物包括，但不限制于聚乙烯醇、聚丙烯酸、丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸共聚物、苯乙烯磺酸的共聚物、包含苯乙烯磺酸鹽的共聚物、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸的共聚物、以及它們的共聚物和混合物。
對(duì)提高的強(qiáng)度-重量比而言，分子量的最低值隨著交聯(lián)組分的結(jié)構(gòu)而變化，最佳范圍必須分別測(cè)定。歸因于交聯(lián)組分的強(qiáng)度-重量比的增加取決于分子量。例如，在墻板制造中常用的分散劑(如Daxad，(萘磺酸鹽的縮聚物，分子量在7000至10,000之間))與PVP(即使分子量很大)結(jié)合使用時(shí)，只有很少或沒(méi)有協(xié)同作用。在一些情況下，根據(jù)加工條件，分子量約50,000或更大的有機(jī)交聯(lián)組分就足夠了，而通常更優(yōu)選分子量至少為約100,000。更優(yōu)選的是選用分子量至少為70,000的有機(jī)離子交聯(lián)劑。
在可選實(shí)施方式的具體實(shí)例中，增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分還可以是相同聚合物大分子的不同部位。所述大分子包括，但不限制于乙烯基吡咯烷酮和苯乙烯磺酸鹽的無(wú)規(guī)或嵌段共聚物、乙烯基己內(nèi)酰胺和乙烯基磺酸鹽的無(wú)規(guī)或嵌段共聚物、乙烯基吡咯烷酮和丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的無(wú)規(guī)或嵌段共聚物、丙烯酰胺和丙烯酸(或其鹽)的無(wú)規(guī)或嵌段共聚物，以及它們的混合物。
在一個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，使用一種催化交聯(lián)組分，高分子量增強(qiáng)組分在水中發(fā)生自交聯(lián)。在這種情況下，因?yàn)楦叻肿恿吭鰪?qiáng)組分是自交聯(lián)的，所以催化交聯(lián)組分的分子量不是關(guān)鍵的。作為一種制造方法的實(shí)例，將增強(qiáng)組分(聚(乙烯基吡咯烷酮))與含水過(guò)氧化氫和氯化銅(II)的組合物(此組合物是交聯(lián)組分)一同加熱，使PVP發(fā)生共價(jià)交聯(lián)形成凝膠，然后迅速與無(wú)機(jī)粘結(jié)材料(例如石膏)結(jié)合。在可選的實(shí)施方式中，在將無(wú)機(jī)粘結(jié)材料、增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分混合后，通過(guò)加熱引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)。在所有情況下，都觀察到了所期望的強(qiáng)度。
相比之下，將以不溶于水的顆粒形式提供的市場(chǎng)上可買到的輕微交聯(lián)的聚(乙烯基吡咯烷酮)(PVPP)加入石膏漿料，對(duì)得到的復(fù)合材料的強(qiáng)度有負(fù)面作用。發(fā)明人認(rèn)為(并非對(duì)本發(fā)明的限制)，本發(fā)明的一些實(shí)施方式通過(guò)PVP分子的擴(kuò)散或遷移、分子交聯(lián)、和/或石膏晶體生長(zhǎng)與無(wú)機(jī)基體相形成相互連接的PVP交聯(lián)分子網(wǎng)絡(luò)，但是PVPP是不溶的顆粒物質(zhì)，與建筑中常用的無(wú)機(jī)材料的親合力很小。因此PVPP不能形成與無(wú)機(jī)材料相互連接的交聯(lián)分子網(wǎng)絡(luò)。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，包含增強(qiáng)組分、交聯(lián)組分和無(wú)機(jī)材料的混合物在加入水之前混合起來(lái)，形成被聚合物網(wǎng)絡(luò)貫通的無(wú)機(jī)基體，從而在聚合物增強(qiáng)的粘結(jié)復(fù)合建筑材料干燥以后，顯著地提高了材料的強(qiáng)度-重量比。
在一個(gè)可選的實(shí)施方式中，將各組分和無(wú)機(jī)材料分別與水混合。例如，分別以低濃度溶解增強(qiáng)聚合物和交聯(lián)劑，形成各自的粘度輕微提高的溶液。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，接著將這兩種溶液混合形成比相同濃度的單獨(dú)溶液粘度高得多的凝膠。然后將無(wú)機(jī)材料，例如煅燒的礦物(如半水石膏(stucco))加入凝膠化的溶液中形成漿料。在增加的聚合物濃度時(shí)，漿料分為水相和包含灰泥與聚合物凝膠的漿料相，這說(shuō)明在水合的無(wú)機(jī)材料和交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)之間存在正的相互作用。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，在與交聯(lián)組分混合之前，將無(wú)機(jī)材料加入增強(qiáng)組分和水中形成漿料。交聯(lián)組分可以固體形式或與水先混合之后加入漿料中?；蛘?，交聯(lián)組分可以是液體組分。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，將無(wú)機(jī)材料加入交聯(lián)組分和水中形成漿料，然后將增強(qiáng)組分以固體或液體的形式加入漿料中。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，使交聯(lián)組分與增強(qiáng)組分發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)對(duì)溫度變化靈敏，而且其反應(yīng)發(fā)生在優(yōu)選的溫度范圍內(nèi)。
樣品鑄型后，進(jìn)行力學(xué)測(cè)試，將各種對(duì)比樣品與本發(fā)明各種具體實(shí)施方式
的抗彎強(qiáng)度和拔釘阻力進(jìn)行比較。這些對(duì)比樣品例如是不含除促凝劑以外的其它添加劑的樣品、包含三偏磷酸鈉(SMTP)(一種市場(chǎng)上可買到的可抵抗永久變形的增強(qiáng)材料)的對(duì)比樣。STMP主要用來(lái)改進(jìn)抗下垂性。已知STMP可提高約15％的拔釘阻力，但是它會(huì)不利地影響抗彎強(qiáng)度。為了進(jìn)行這些測(cè)試，使用了β-半水石膏(stucco)和精細(xì)研磨的二水硫酸鈣促凝劑。PVP和乙烯基吡咯烷酮共聚物從Aldrich化學(xué)品公司、BASF公司、和ISP公司獲得。PSS從ALCO化學(xué)品公司和Aldrich化學(xué)品公司獲得。三偏磷酸鈉(SMTP)從Aldrich化學(xué)品公司獲得。Daxad(萘磺酸鹽縮聚物，分子量為7,000至10,000)從Dow化學(xué)品公司獲得。木質(zhì)素磺酸鹽(分子量為10,000至20,000)從Borregaard化學(xué)品公司獲得。
各種組分的添加順序?qū)@種方法的成功并不重要，但是也許會(huì)限制用來(lái)進(jìn)行各種加工步驟的處理時(shí)間和設(shè)備，它們會(huì)影響根據(jù)所選擇的特定加工步驟制造的聚合物增強(qiáng)的復(fù)合材料的成本和/或品質(zhì)。不過(guò)通過(guò)結(jié)合高分子量增強(qiáng)組分、交聯(lián)組分、無(wú)機(jī)粘結(jié)材料和水制造的樣品的力學(xué)性能都相似，只要材料充分混合并以漿料的形式凝固。發(fā)明人認(rèn)為(并非對(duì)本發(fā)明的限制)，該工藝需要足夠的時(shí)間來(lái)形成與無(wú)機(jī)基體相互連接的交聯(lián)分子網(wǎng)絡(luò)。例如，必須在產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)結(jié)束之前，但在化學(xué)交聯(lián)已經(jīng)充分粘合增強(qiáng)組分以減少干燥過(guò)程中的擴(kuò)散之后，使?jié){料凝固。
在用來(lái)制備測(cè)試樣品的方法的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，將150g灰泥與0.2g促凝劑和增強(qiáng)組分(如PVP)和交聯(lián)組分(如PSS)干法混合。然后，例如，在室溫下將得到的干粉混合物加入500毫升的Waring攪切器中。攪切器中裝有足夠多的水(如自來(lái)水)來(lái)獲得需要的水-灰泥比。水-灰泥比影響了樣品的密度?；蛘?，在干的成分加入水中之前，將液體添加劑或溶液中的添加劑先與水混合，例如在加入預(yù)混的干粉混合物之前，將液體或溶液形式的交聯(lián)組分先加入水中。
然后，可選地，在攪拌前，將灰泥混合物浸透(例如幾分鐘)。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，將韋林氏攪切器設(shè)置在低速開(kāi)始攪拌。使用高速設(shè)置來(lái)獲得對(duì)比結(jié)果?；蛘呖梢酝ㄟ^(guò)快速攪拌，來(lái)將空氣引入混合物或產(chǎn)生泡沫，這樣可以降低最終產(chǎn)品的密度。韋林氏攪切器的低速設(shè)置會(huì)產(chǎn)生一些泡沫并減小密度，而與水/無(wú)機(jī)材料的比例(WR)和加入混合物中的增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分的數(shù)量無(wú)關(guān)。具有低的水/無(wú)機(jī)材料比例的樣品與具有高的水/無(wú)機(jī)材料比例的樣品之間的密度變化，大多數(shù)是由于水的蒸發(fā)隨樣品的水/無(wú)機(jī)材料比例的增加而增加。在這個(gè)具體實(shí)施方式
中，低速混合持續(xù)15至25秒，但是混合的時(shí)間長(zhǎng)短取決于批量的大小、用于攪拌的工藝類型、和粘度。通常攪拌一直持續(xù)下去，直到漿料充分混合但是石膏尚未開(kāi)始凝固的時(shí)候。
而且，任選在混合期間用手搖動(dòng)配料容器，通過(guò)搖動(dòng)確保在容器中的混合均勻?；旌现?，將得到的漿料澆入尺寸約為2英寸×7英寸×0.5英寸的矩形模具中。在復(fù)合材料硬化后(例如15到30分鐘后)，將樣品從模具中取出，在一個(gè)40℃的對(duì)流加熱爐中干燥直至烘干，例如直到樣品在預(yù)定時(shí)間內(nèi)(如一小時(shí))保持重量恒定。通常具有上述尺寸的樣品在40℃完全干燥需要至少24小時(shí)。干燥時(shí)間取決于構(gòu)成組分和添加劑，也可用更高溫度和/或多區(qū)烘箱來(lái)縮短干燥時(shí)間。
然后，將樣品切成2英寸×5英寸的矩形測(cè)試樣品，并精確地測(cè)量尺寸和稱重以確定密度。在裝有數(shù)據(jù)采集軟件的Instron4466型實(shí)驗(yàn)臺(tái)力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)上對(duì)樣品進(jìn)行力學(xué)測(cè)試。對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行三點(diǎn)彎曲抗彎強(qiáng)度和拔釘阻力的測(cè)試。
使用與ASTM C473方法B說(shuō)明的抗彎強(qiáng)度測(cè)試相似的方法來(lái)進(jìn)行抗彎強(qiáng)度測(cè)試。為了適應(yīng)具有0.125″的標(biāo)準(zhǔn)尺寸支撐半徑的樣品尺寸，將支撐跨距減小到4英寸。因?yàn)槭鄻悠返挠捕?，將加載速率從1降到0.1英寸/分鐘，以獲得更精確的讀數(shù)。
樣品的拔釘阻力以與ASTM C473方法B的拔釘阻力測(cè)試相似的方法，使用抗彎強(qiáng)度測(cè)試中剩下的兩半樣品來(lái)測(cè)量得到。根據(jù)ASTMC473的尺寸和形狀標(biāo)準(zhǔn)來(lái)加工釘子。樣品支承板的孔徑從3減小到1.375英寸來(lái)適應(yīng)樣品尺寸。將得到的密度和機(jī)械強(qiáng)度數(shù)據(jù)按照樣品組成成分編在一起。用從對(duì)照數(shù)據(jù)得到的冪函數(shù)來(lái)歸一化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便在不同密度樣品之間進(jìn)行快速比較。這些結(jié)果列在表I中。
增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分的協(xié)同相互作用顯著地提高了僅添加有很少的聚合物的粘結(jié)復(fù)合材料的強(qiáng)度-重量比。同時(shí)，低的聚合物添加物重量比使?jié){料的粘度適合于聚合物增強(qiáng)的復(fù)合粘結(jié)建筑材料的制備工藝。
舉例而言，在一個(gè)特別適于制造石膏產(chǎn)品(如墻板)的實(shí)施方式中，通過(guò)增加的氣孔(孔隙)可將核芯密度降低25％，而材料成本只增加了很少，而且沒(méi)有影響墻板強(qiáng)度。
在一個(gè)可選的實(shí)施方式中，根據(jù)一種制造聚合物增強(qiáng)的粘結(jié)墻板方法的實(shí)施方式制得的墻板產(chǎn)品在不使用紙面的情況下保持了標(biāo)準(zhǔn)墻板的強(qiáng)度和重量。另一個(gè)實(shí)施方式用離析的聚合物薄層替代了在每個(gè)表面上的多層增強(qiáng)紙，與標(biāo)準(zhǔn)墻板相比，強(qiáng)度沒(méi)有減小或重量沒(méi)有增加。這些方法中紙的去除增加了墻板的抗劣化性，同時(shí)降低了制造成本。這種方法的變化在’572申請(qǐng)(在此引作參考)中已被公開(kāi)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，除添加紙面外，還使用較致密的薄層在紙面和低密度核芯之間提供了更好的粘結(jié)。在這種情況下，這種薄層可以先加到紙或核芯表面，這取決于所選的復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)的制作工藝。
具有改進(jìn)的強(qiáng)度-重量比的這些和其它的實(shí)施方式提供了更輕的建筑材料，使得安裝更加容易，并降低了在墻板成本中占很大比例的運(yùn)輸成本、和/或去掉了其它對(duì)環(huán)境有負(fù)面影響的增強(qiáng)添加物，如易碎的纖維、粉塵、面紙(易受模型影響使墻板惡化，并對(duì)某些人有毒)等。而且，高分子量的離子聚合物能提供優(yōu)良的粘紙性和發(fā)泡性能。
對(duì)于在100g灰泥中單獨(dú)添加2g的PVP或PSS(沒(méi)有結(jié)合使用)的樣品，在添加的PVP為低分子量PVP(這里，“低分子量”定義為小于約100,000)時(shí)，不論P(yáng)SS分子量為多大，密度的降低(例如由于氣孔的引入)都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)樣品4-10拔釘阻力的減小。對(duì)于高分子量PVP(這里，“高分子量”定義為約100,000或更高)的添加，歸一化的拔釘阻力只有少量的提高。
例如表I中的這些結(jié)果表明與沒(méi)添加PVP的對(duì)比樣品相比，添加高分子量的PVP會(huì)明顯增加抗彎強(qiáng)度，而添加低分子量的PVP會(huì)降低抗彎強(qiáng)度。僅加入交聯(lián)組分(如PSS)(沒(méi)有與增強(qiáng)組分結(jié)合)會(huì)降低或輕微增加抗彎強(qiáng)度。圖2和3表明高分子量PVP和PSS的協(xié)同作用會(huì)增強(qiáng)拔釘阻力和抗彎強(qiáng)度，這種增強(qiáng)遠(yuǎn)超出人們預(yù)期的由高分子量PVP和PSS單獨(dú)添加(沒(méi)有結(jié)合)所產(chǎn)生的效果。在可選的實(shí)施方式中，高分子量的交聯(lián)組分與具有高分子量的增強(qiáng)組分結(jié)合，可以增強(qiáng)抗彎強(qiáng)度和拔釘阻力，和/或可使復(fù)合粘結(jié)建筑材料的重量減輕(相比于未增強(qiáng)材料、單獨(dú)添加增強(qiáng)組分或交聯(lián)組分(沒(méi)有結(jié)合)的材料、將低分子量增強(qiáng)組分與交聯(lián)組分結(jié)合使用的材料)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，分子量約400,000的PVP與分子量約70,000的PSS結(jié)合，獲得優(yōu)異的拔釘阻力和抗彎強(qiáng)度，從分別對(duì)PVP和PSS進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果中很難預(yù)料協(xié)同作用能取得這樣的效果。
在表I中27和28項(xiàng)所示的實(shí)施方式中，每100g灰泥中只添加1g的結(jié)合物(0.75g高分子量的增強(qiáng)組分和0.25g高分子量的交聯(lián)組分)，便可增大與通常市售墻板具有相同重量(1700lb/1000ft2)的復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度和拔釘阻力。
表I

注MW指分子量。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，在每100g灰泥中只添加1g的增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分的結(jié)合物，與通常市售墻板的重量(1700lb/1000ft2)相比，便可將板重降低超過(guò)25％(至1250lb/1000ft2)，而并不降低抗彎強(qiáng)度或拔釘阻力。
在再一個(gè)實(shí)施方式中，例如表I中的第13項(xiàng)，通過(guò)在每100g灰泥中添加2.5g的增強(qiáng)組分(高分子量，2g)和交聯(lián)組分(高分子量，0.5g)的結(jié)合物，制得無(wú)紙復(fù)合墻板，其密度所對(duì)應(yīng)的板重量約為1600lb/1000ft2，它與目前市場(chǎng)上的多層紙面墻板表現(xiàn)出基本相同的抗彎強(qiáng)度和拔釘阻力。這里“約”和“基本”指的是，板重量、抗彎強(qiáng)度和拔釘阻力的測(cè)得值容易變化，例如由于原材料的產(chǎn)地和質(zhì)量、研磨、攪拌和其它處理的變化以及制造偏差，這是墻板和其它建筑材料制造領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所熟知的。
而且，表I中的對(duì)比樣品清楚地說(shuō)明了結(jié)合高分子量增強(qiáng)組分和高分子量交聯(lián)組分的實(shí)施方式相比于沒(méi)有這種協(xié)同作用的樣品，在抗彎強(qiáng)度和拔釘阻力性能上有驚人的、意想不到的提高。
本發(fā)明的復(fù)合材料的一個(gè)實(shí)施方式包含一種在水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料中的有機(jī)增強(qiáng)組分和有機(jī)交聯(lián)組分的網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述無(wú)機(jī)粘結(jié)材料是半水石膏。在可選的實(shí)施方式中，所述無(wú)機(jī)粘結(jié)材料是硬石膏。在另一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述有機(jī)增強(qiáng)組分是PVP；有機(jī)交聯(lián)組分被用來(lái)與PVP發(fā)生化學(xué)或物理的交聯(lián)。例如，在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述有機(jī)交聯(lián)組分是PSS。
本發(fā)明的粘結(jié)建筑材料的一個(gè)實(shí)施方式是一種在板狀(如平板)的水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料中包含有機(jī)增強(qiáng)組分和有機(jī)交聯(lián)組分的網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合材料。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，這種粘結(jié)建筑材料是墻板，在可選的實(shí)施方式中，所述墻板還包含覆蓋在板的至少一面上的至少一層紙。在另一個(gè)可選的實(shí)施方式中，所述墻板還可以包含一種添加劑，所述添加劑離析到板的至少一個(gè)表面上形成層狀層。
復(fù)合墻板的一種實(shí)施方式包括一種層積結(jié)構(gòu)，在PVP/PSS含量低的發(fā)泡石膏核芯表面形成具有高濃度的PVP/PSS的高密度石膏薄層。由此得到的復(fù)合材料使PVP/PSS對(duì)抗彎強(qiáng)度和對(duì)紙的粘結(jié)的貢獻(xiàn)最大化，同時(shí)使成本最小。
復(fù)合墻板的另一個(gè)實(shí)施方式包括一個(gè)含有一定比例的表面改性劑的薄層(例如，聚氨酯分散劑)，而在核芯卻不含所述表面改性劑或者核芯的表面改性劑濃度比表面低得多。在復(fù)合墻板的加工和干燥過(guò)程中，這種表面改性劑(例如一種聚合物添加劑)可以離析到漿料的表面上形成層狀層(stratified layer)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述表面改性劑在PVP/PSS增強(qiáng)的材料核芯中的濃度很低，所述表面改性劑在材料表面的濃度高于PVP/PSS在表面的濃度，但是其在核芯的濃度卻低于PVP/PSS在核芯的濃度。
例如，這種層積結(jié)構(gòu)可以使墻板和/或墻板表面具有高的力學(xué)強(qiáng)度，使所述復(fù)合墻板在不用面紙的情況下滿足建筑構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)?；蛘撸鰧訝罱Y(jié)構(gòu)可以減少滿足建筑所需的拔釘阻力和抗彎強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)所需的紙面層數(shù)，或者可以提高墻板吸收涂料的能力。例如，所述復(fù)合墻板可以不帶面紙或覆蓋單層紙面做裝飾用。
在一個(gè)實(shí)施方式中，在復(fù)合墻板的一側(cè)只有單層面板，另一側(cè)(外露面)可以形成孔洞、裂縫、凹槽或凸紋等紋理來(lái)促進(jìn)對(duì)聲波的衰減和吸收。例如，進(jìn)入紋理結(jié)構(gòu)表面的聲波的反射會(huì)減弱很多。而且，可以使用發(fā)生粘彈松弛(轉(zhuǎn)變)的聚合物來(lái)消音，例如，在室溫下吸收頻率在20赫茲和20k赫茲之間聲波。
另一個(gè)復(fù)合材料的實(shí)施方式包括一個(gè)包含高濃度纖維(如玻璃、木材或纖維素纖維)的表面層。它將PVP/PSS增強(qiáng)的核芯夾在中心。這樣的復(fù)合材料適于制備夾襯板和/或需要高沖擊強(qiáng)度的應(yīng)用。
在另一個(gè)可選的實(shí)施方式中，通過(guò)改變PVP與PSS的相對(duì)比例和/或PVP組分的分子量可以獲得漸變結(jié)構(gòu)。通過(guò)相對(duì)于PSS使用更高比例的PVP，使得只有一部分PVP與PSS相互作用形成凝膠。剩余的PVP被蒸發(fā)水?dāng)y帶遷移至材料表面。結(jié)果得到具有增強(qiáng)的核芯的復(fù)合材料，在復(fù)合結(jié)構(gòu)干燥表面附近具有更高的PVP百分比濃度。
在一個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，少量(定義為小于無(wú)機(jī)粘結(jié)材料質(zhì)量的2％)的增強(qiáng)組分與痕量(定義為增強(qiáng)組分質(zhì)量的1％)的交聯(lián)組分相結(jié)合。在該具體實(shí)施方式
中，在復(fù)合結(jié)構(gòu)的干燥表面上形成具有較高濃度(相比于在核芯的濃度)的增強(qiáng)組分的表面層。
在一個(gè)可選的實(shí)施方式中，一種高活性的交聯(lián)組分(例如催化交聯(lián)組分)可與高分子量的、水溶性的增強(qiáng)組分(即使是痕量)一同使用，也可形成一種增強(qiáng)組分濃度分布比較均勻的復(fù)合結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)或通過(guò)計(jì)算形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)速率和反應(yīng)程度來(lái)推測(cè)交聯(lián)組分的活性。因此，對(duì)于復(fù)合結(jié)構(gòu)的一個(gè)具體實(shí)施方式
，可以確定可擴(kuò)散到表面的增強(qiáng)組分的量。而且，在催化交聯(lián)組分和增強(qiáng)組分之間的反應(yīng)可以延緩，比如使用溫度敏感的催化交聯(lián)組分或使用市售的抑制劑。
在另一個(gè)具體實(shí)施方式
中，增強(qiáng)組分的量與交聯(lián)組分的量基本相同，此時(shí)交聯(lián)組分和增強(qiáng)組分在與無(wú)機(jī)粘結(jié)材料的聚合物網(wǎng)絡(luò)中都以交聯(lián)的鏈的形式存在。
在可選的實(shí)施方式中，增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分的量可以在從100∶1至1∶10的比例中進(jìn)行選擇。對(duì)于物理交聯(lián)，所述比例更優(yōu)選在10∶1和1∶2之間。對(duì)于化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，5∶1和1∶1之間的比例具有良好的效果。
然而，本發(fā)明并不將增強(qiáng)組分與交聯(lián)組分的比例限制在任何特定的范圍內(nèi)，因?yàn)閮?yōu)選的比例取決于所用的增強(qiáng)組分、交聯(lián)組分和交聯(lián)的類型。實(shí)際上，可以使用寬范圍的增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分來(lái)形成凝膠，生成具有長(zhǎng)的交聯(lián)的聚合物鏈的交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)，由此產(chǎn)生了本申請(qǐng)描述和要求保護(hù)的協(xié)同增強(qiáng)機(jī)制。
所有用于普通粘結(jié)產(chǎn)品的添加劑均可用于本發(fā)明，包括無(wú)機(jī)填料(如珍珠巖、膨脹珍珠巖、云母、粘土、蛭石)、木材或玻璃纖維、淀粉、偏磷酸鈉、表面活性劑、發(fā)泡劑、硼酸鹽(如硼酸和硼酸鈉)和瀝青。而且，當(dāng)?shù)头肿恿康碾x子交聯(lián)聚合物(如Daxad)不是合適的交聯(lián)組分時(shí)，可在本發(fā)明中也使用少量的實(shí)現(xiàn)不同功能(如分散劑或減水劑)的更低分子量的離子交聯(lián)聚合物來(lái)獲得期望的結(jié)果。
在本發(fā)明中還可以結(jié)合使用其它添加劑，以增強(qiáng)復(fù)合材料的抗?jié)裥曰蜻M(jìn)一步提高強(qiáng)度或抗裂性。這些添加劑的實(shí)例包括蠟乳化液、聚(醋酸乙烯酯)乳化液、聚(乙烯醇)/硼酸交聯(lián)體系、聚(醋酸乙烯酯)/硼酸交聯(lián)體系、丙烯酸酯乳化液、聚氨酯乳化液、環(huán)氧樹(shù)脂、和三聚氰胺。
本發(fā)明也可與單體或低聚體結(jié)合使用，以進(jìn)一步發(fā)生原位反應(yīng)。在這個(gè)實(shí)施方式中，增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分形成的網(wǎng)絡(luò)可將添加的單體或低聚體限制在樣品的核芯中，防止它們遷移。然后，單體或低聚體發(fā)生后聚合或鏈段延長(zhǎng)，以得到進(jìn)一步增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)。例如，在石膏漿料中，與聚(乙烯吡咯烷酮)和聚(苯乙烯磺酸)鈉一起，加入環(huán)氧樹(shù)脂分散劑和聚胺硬化劑。增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分的凝膠化將環(huán)氧樹(shù)脂和硬化劑限制在樣品的核芯內(nèi)。接著在水揮發(fā)后環(huán)氧樹(shù)脂硬化，得到進(jìn)一步增強(qiáng)的復(fù)合材料。
在一個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，將精細(xì)研磨的、煅燒的石膏與水、鏈端為羧基官能團(tuán)的氫化聚丁二烯、低分子量的聚丙烯酸(分子量小于250,000)、乳化劑(WetAid)、次磷酸鈉和環(huán)己烷混合。或者，加入回收的蒸煮過(guò)的紙纖維。將這些組分充分混合制成漿料，然后在擠壓機(jī)中加熱到華氏350度(通過(guò)時(shí)間約1分鐘)，接著送入間隙為0.5英寸的兩個(gè)平行砑光輥之間的進(jìn)料區(qū)。從砑光輥出來(lái)的輸出物被夾在兩片連續(xù)紙片之間，將發(fā)泡的核芯夾在中間。
在另一個(gè)具體實(shí)施方式
中，將波特蘭水泥混合物加入到馬來(lái)酸取代的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(苯乙烯和丁二烯的比例約為50∶50)、乙氧基化三甲氧基丙烷三丙烯酸脂(ethoxylatedtrimethalolpropane triacrylate)、A1BN(發(fā)熱劑)、甲基乙基酮、AOT、水和碳酸氫鈉的混合物中。將這些組成充分混合形成漿料，在加壓下通過(guò)一條加熱管。出口安裝了多孔噴嘴，膨脹的漿料經(jīng)過(guò)后被分成小液滴(10至100微米)，這些小液滴繼續(xù)膨脹和固化。得到的發(fā)泡顆粒融合到泡沫層中。例如，發(fā)泡顆粒進(jìn)一步與熱的熔化的粘結(jié)劑混合，注入一個(gè)預(yù)制的門腔中，以起到增強(qiáng)、消音、隔熱、阻燃的作用。
在另一個(gè)具體實(shí)施方式
中，將煅燒的石膏在有水的情況下與氧化銻混合。再加入羧甲基纖維素(CMC)和聚丙烯酸。在一個(gè)可選的替代實(shí)施方式中，用二羥甲基二羥基乙撐脲(DMDHEU)代替聚丙烯酸。接著，將pH值調(diào)到4至5的范圍。將預(yù)膨脹的Expanel(重量比10％)加入混合物中，從混合罐流入收集罐，接著將多孔的氈網(wǎng)(網(wǎng)幅)通過(guò)收集罐，通過(guò)將所述氈網(wǎng)一次或多次通過(guò)收集罐使其攜帶一定量的混合物。通過(guò)襯墊滾筒線(pad roller line)加熱帶有混合物的氈網(wǎng)，使?jié){料膨脹和硬化。接著，(例如在連續(xù)操作中)將該復(fù)合材料與一個(gè)或多個(gè)紙面板粘結(jié)起來(lái)。
在另一個(gè)具體實(shí)施方式
中，對(duì)前面的實(shí)施方式進(jìn)行改進(jìn)先將煅燒的石膏浸入乙二胺或聚乙烯亞胺(PEI)的水溶液中。接著將處理過(guò)的煅燒石膏與CMC和馬來(lái)酸酐取代的聚丁二烯(得自Ricon)混合。用戊烷溶解后面的組分，并通過(guò)添加表面活性劑(如Tween和Span中的一種或兩種)將其乳化。在干燥和硬化過(guò)程中戊烷揮發(fā)，產(chǎn)生孔隙。CMC的羧基與石膏上覆蓋的胺形成強(qiáng)的化學(xué)鍵，產(chǎn)生了與圖5所示相似的的微觀結(jié)構(gòu)，其中石膏顆粒處在粘結(jié)互連的橋狀網(wǎng)絡(luò)中。
在另一個(gè)具體實(shí)施方式
中，將煅燒的石膏與水和一種包含聚氨酯前體、發(fā)泡劑和表面活性劑的有機(jī)物相混合起來(lái)。所述聚氨酯由多元醇(輕微分支，具有長(zhǎng)鏈的構(gòu)造)和一種二異氰酸酯(如甲苯二異氰酸酯)形成。發(fā)泡劑選自三氯一氟甲烷或二氯甲烷中的至少一種。通過(guò)強(qiáng)烈的攪拌和加入作為表面活性劑的Tween/Span，得到具有乳膏粘度的漿料。通過(guò)加熱(直到100℃)，石膏再水合，聚氨酯被三氯一氟甲烷或二氯甲烷中的至少一種吹起，與無(wú)機(jī)顆粒牢固地粘結(jié)起來(lái)，產(chǎn)生開(kāi)腔的小氣泡，如圖5所示。發(fā)泡的混合物的一側(cè)安放在連續(xù)的面板上，同時(shí)將另一側(cè)用表面凸起的滾筒穿孔，以得到表面吸收可聽(tīng)聲波的能力。
在另一個(gè)具體實(shí)施方式
中，橡膠狀乳膠由下列彈性材料中的至少一種形成天然橡膠、SBR、丁腈橡膠、氯丁橡膠、氯硫化的聚苯乙烯-乙烯-丙烯三元聚合物、丁基橡膠、聚丙烯酸酯或它們的組合物。在橡膠狀乳膠中加入一種可分解的發(fā)泡劑，例如碳酸氫鈉、偶氮甲酰胺、二硝基五甲基四胺、2，2′-偶氮二異丁氰、和/或?qū)ρ蹼p苯磺酰肼，它們可用AOT來(lái)穩(wěn)定。這種混合物加入熟石膏漿料的比例為1∶2。然后在加熱的同時(shí)將混合物倒入膠合板，使混合物膨脹凝固為1英寸的層，該層夾在底層膠合板和另一個(gè)層(例如另一個(gè)膠合板層或裝飾紙頂層)之間。
其它的變化和置換，包括混合和處理步驟、增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分的選擇、常用添加劑的使用，都屬于本領(lǐng)域的常用手段，并包含在本
權(quán)利要求
1.一種建筑用墻板，其包含孔隙、具有高分子量的有機(jī)增強(qiáng)組分、交聯(lián)組分和水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料，其中所述有機(jī)增強(qiáng)組分通過(guò)交聯(lián)組分相互交聯(lián)，并與水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料形成交聯(lián)的分子網(wǎng)絡(luò)。
2.如權(quán)利要求1所述的墻板，其中所述增強(qiáng)組分粘附在所述水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料上。
3.如權(quán)利要求1所述的墻板，其中所述有機(jī)增強(qiáng)組分和交聯(lián)組分是相同大分子的不同部分。
4.如權(quán)利要求3所述的墻板，其中所述大分子選自乙烯基吡咯烷酮和苯乙烯磺酸酯的共聚物、乙烯基己內(nèi)酰胺和乙烯基磺酸酯的共聚物、乙烯基吡啶和丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物、丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物、和它們的混合物。
5.如權(quán)利要求1所述的墻板，其中所述有機(jī)增強(qiáng)組分選自聚丙烯酰胺、聚(丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸)、聚(乙烯基己內(nèi)酰胺)、聚(2-乙基-2-噁唑啉)、聚(乙烯基吡啶)、聚(乙烯基咪唑)、丙烯酰胺共聚物、2-乙基-2-噁唑啉共聚物、乙烯基己內(nèi)酰胺共聚物、乙烯基吡啶共聚物、乙烯基咪唑共聚物、和它們的混合物。
6.如權(quán)利要求1所述的墻板，其中所述有機(jī)增強(qiáng)組分是分子量至少為約100,000的PVP。
7.如權(quán)利要求6所述的墻板，其中所述有機(jī)交聯(lián)組分被用來(lái)交聯(lián)所述PVP。
8.如權(quán)利要求7所述的墻板，其中所述有機(jī)交聯(lián)組分的分子量至少為約100,000。
9.如權(quán)利要求7所述的墻板，其中所述有機(jī)交聯(lián)組分通過(guò)纏結(jié)與PVP發(fā)生物理交聯(lián)。
10.如權(quán)利要求7所述的墻板，其中所述有機(jī)交聯(lián)組分與PVP發(fā)生化學(xué)交聯(lián)。
11.如權(quán)利要求10所述的墻板，其中所述有機(jī)交聯(lián)組分是PSS。
12.如權(quán)利要求11所述的墻板，其中所述水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料是水合的半水合物或水合石膏。
13.如權(quán)利要求5所述的墻板，其中所述有機(jī)交聯(lián)組分選自聚乙烯醇、聚丙烯酸、丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸共聚物、苯乙烯磺酸共聚物、包含苯乙烯磺酸酯的共聚物、丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸共聚物、和它們的混合物。
14.如權(quán)利要求1所述的墻板，其中所述交聯(lián)組分是一種引發(fā)增強(qiáng)組分的聚合物鏈間的共價(jià)鍵的形成的催化劑。
15.如權(quán)利要求7所述的墻板，其中所述有機(jī)交聯(lián)組分至少是聚磺酸鹽、聚羧酸鹽和聚磷酸鹽中的一種。
16.如權(quán)利要求1所述的墻板，其中所述水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料是一種水合石膏。
17.如權(quán)利要求1所述的墻板，其中所述水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料是一種水合半水石膏。
18.一種復(fù)合材料，其包含孔隙；一種選自PVP、乙烯基吡咯烷酮共聚物、乙烯基己內(nèi)酰胺共聚物、和它們的混合物的增強(qiáng)組分；PSS和水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料，其中在增強(qiáng)組分與無(wú)機(jī)粘結(jié)材料混合后通過(guò)PSS將增強(qiáng)組分交聯(lián)起來(lái)；其中增強(qiáng)組分的分子量分別至少約為100,000和PSS的分子量至少約為70,000。
19.如權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料，其中所述增強(qiáng)組分的分子量不高于1300,000。
20.一種粘結(jié)建筑材料，其包含孔隙、高分子量的水分散性的有機(jī)增強(qiáng)組分、分子量至少為70,000的有機(jī)交聯(lián)組分和水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料，其中所述有機(jī)交聯(lián)組分被用來(lái)交聯(lián)有機(jī)增強(qiáng)組分，交聯(lián)的有機(jī)增強(qiáng)組分與無(wú)機(jī)粘結(jié)材料有親和力，在水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料干燥后會(huì)形成交聯(lián)的分子網(wǎng)絡(luò)，該交聯(lián)的分子網(wǎng)絡(luò)與水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料是相互連接的。
21.如權(quán)利要求20所述的粘結(jié)建筑材料，其中所述粘結(jié)建筑材料的形狀是板狀的。
22.如權(quán)利要求21所述的粘結(jié)建筑材料，其中所述粘結(jié)建筑材料被用作墻板。
23.如權(quán)利要求22所述的粘結(jié)建筑材料，其還包含至少一層紙，其中所述至少一層紙被覆蓋在所述板的至少一面上。
24.如權(quán)利要求22所述的粘結(jié)建筑材料，其中板的表面上沒(méi)有覆蓋紙。
25.如權(quán)利要求24所述的粘結(jié)建筑材料，其還包含一種表面改性劑，該表面改性劑在所述板的至少一面上離析成層狀層。
26.如權(quán)利要求25所述的粘結(jié)建筑材料，其中所述表面改性劑是與增強(qiáng)組分或交聯(lián)組分不相同的物質(zhì)。
27.如權(quán)利要求26所述的粘結(jié)建筑材料，其中所述表面改性劑是聚氨酯分散劑。
28.一種制備復(fù)合粘結(jié)建筑材料的方法，其包括將有機(jī)增強(qiáng)組分、有機(jī)交聯(lián)組分和無(wú)機(jī)粘結(jié)材料混合起來(lái)；將混合步驟制備的混合物加入水中；攪拌水和混合步驟制備的混合物以形成漿料，其中所述有機(jī)增強(qiáng)組分被有機(jī)交聯(lián)組分交聯(lián)起來(lái)，使有機(jī)增強(qiáng)組分在漿料內(nèi)形成凝膠，將漿料成型，然后干燥漿料，從而通過(guò)揮發(fā)水分形成孔隙。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中成型步驟產(chǎn)生具有一定長(zhǎng)、寬和高的板，其厚度遠(yuǎn)小于板的長(zhǎng)和寬。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其還包括將至少一層紙覆蓋在所述平板的至少一個(gè)面上。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，其還包含添加至少一種離析到所述平板的表面上的表面改性劑，其中，所述至少一種表面改性劑在平板的至少一面上形成至少一個(gè)層狀層。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中在所述復(fù)合粘結(jié)建筑材料的表面上沒(méi)有覆蓋紙。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述表面改性劑與增強(qiáng)組分或交聯(lián)組分是不相同的物質(zhì)。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述表面改性劑是聚氨酯分散劑。
35.一種復(fù)合材料，其包含孔隙；一種高分子量的水分散性的有機(jī)增強(qiáng)組分，其中水分散性的有機(jī)增強(qiáng)組分通過(guò)催化交聯(lián)組分交聯(lián)起來(lái)；一種水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料，其中催化交聯(lián)組分將水分散性的有機(jī)增強(qiáng)組分交聯(lián)起來(lái)，使交聯(lián)的有機(jī)增強(qiáng)組分與水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料形成網(wǎng)絡(luò)，這樣充分減少了在干燥過(guò)程中水分散性的有機(jī)增強(qiáng)組分向所述復(fù)合材料表面的擴(kuò)散。
36.如權(quán)利要求35所述的復(fù)合材料，其中所述水分散性的有機(jī)增強(qiáng)組分是聚(乙烯基吡咯烷酮)。
37.如權(quán)利要求36所述的復(fù)合材料，其中所述催化交聯(lián)組分是一種包含過(guò)氧化氫的水溶液。
38.如權(quán)利要求37所述的復(fù)合材料，其中所述水溶液還包含氯化銅(II)。
39.一種復(fù)合材料，其包含孔隙；分子量至少為100,000的聚(乙烯基吡咯烷酮)；一種交聯(lián)組分；和一種無(wú)機(jī)粘結(jié)材料，其中所述聚(乙烯基吡咯烷酮)通過(guò)交聯(lián)組分交聯(lián)起來(lái)，并與無(wú)機(jī)粘結(jié)材料形成分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
40.一種模制品，其包含孔隙；分子量至少為100,000的PVP；分子量至少為70,000的PSS；一種水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料，其中PSS將PVP原位交聯(lián)起來(lái)；交聯(lián)的PVP與水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料形成交聯(lián)的分子網(wǎng)絡(luò)。
41.一種建筑用水泥，其包含分子量至少為100,000的PVP；一種交聯(lián)組分；一種無(wú)機(jī)粘結(jié)材料，其中當(dāng)與水混合時(shí)，使用交聯(lián)組分來(lái)交聯(lián)PVP；混入的超出水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料所需的水在干燥時(shí)產(chǎn)生孔隙。
42.如權(quán)利要求41所述的水泥，其中所選的交聯(lián)組分對(duì)溫度敏感；引起PVP交聯(lián)的反應(yīng)發(fā)生在所需的溫度范圍內(nèi)。
43.一種包含如權(quán)利要求41所述水泥的混凝土。
44.一種包含如權(quán)利要求18所述復(fù)合材料的接合劑。
45.一種包含如權(quán)利要求18所述復(fù)合材料的粘結(jié)劑。
46.如權(quán)利要求11所述的墻板，其中所述水合無(wú)機(jī)粘結(jié)材料是水合石膏。
47.如權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料，其中所述增強(qiáng)組分是PVP。
48.如權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料，其中所述增強(qiáng)組分是乙烯基吡咯烷酮共聚物。
49.如權(quán)利要求18所述的復(fù)合材料，其中所述增強(qiáng)組分是乙烯基己內(nèi)酰胺共聚物。
50.如權(quán)利要求1所述的墻板，其中通過(guò)加入孔隙，核芯密度減小。
51.一種用于墻板的復(fù)合材料，其包含原位聚合的有機(jī)粘結(jié)劑，其中參與聚合反應(yīng)的至少一種聚合物形成材料是疏水的；一種發(fā)泡劑；大量的由有機(jī)粘結(jié)劑包覆的無(wú)機(jī)顆粒，其中發(fā)泡劑在墻板內(nèi)形成孔隙。
52.如權(quán)利要求51所述的復(fù)合材料，其中所述發(fā)泡劑包括表面穩(wěn)定劑的水溶液。
53.如權(quán)利要求51所述的復(fù)合材料，其中所述發(fā)泡劑是一種起泡劑。
54.一種用于墻板的復(fù)合材料，其包含原位聚合的有機(jī)粘結(jié)劑，其中有多種聚合物形成材料參與所述聚合反應(yīng)，其中至少一種聚合物形成材料是疏水的，該聚合反應(yīng)通過(guò)使至少一種聚合物形成材料分解產(chǎn)生氣體而引發(fā)膨脹；大量的無(wú)機(jī)顆粒被有機(jī)粘結(jié)劑包覆，所述氣體在墻板內(nèi)形成孔隙。
55.如權(quán)利要求54所述的復(fù)合材料，其中所述多種有機(jī)粘結(jié)劑中的一種既有疏水部分又有親水部分。
56.如權(quán)利要求54所述的復(fù)合材料，其中所述多種聚合物形成材料中的至少一種是現(xiàn)成的聚合物。
57.如權(quán)利要求54所述的復(fù)合材料，其中所述多種聚合物形成材料中的至少一種是單體。
58.如權(quán)利要求54所述的復(fù)合材料，其中所述多種聚合物形成材料中的至少一種選自環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯、聚酯、聚酮/二胺、和聚(馬來(lái)酸酐-交替-1-十八烯)/二胺。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種有機(jī)－無(wú)機(jī)復(fù)合粘結(jié)建筑材料的制備方法和組成。這種復(fù)合材料的微結(jié)構(gòu)包括孔隙。在一個(gè)實(shí)施方式中，交聯(lián)組分與高分子量的增強(qiáng)組分和無(wú)機(jī)粘結(jié)材料相混合。將混合物加入水中在水合的復(fù)合粘結(jié)建筑材料中形成交聯(lián)分子網(wǎng)絡(luò)。在干燥和硬化的過(guò)程中或作為加入泡沫穩(wěn)定劑或發(fā)泡劑的結(jié)果，形成了孔隙。這種復(fù)合粘結(jié)建筑材料表現(xiàn)出增強(qiáng)的抗彎強(qiáng)度和提高的拔釘阻力，使其相比于其它已知方法制備的粘結(jié)建筑材料，重量會(huì)減輕。
文檔編號(hào)C08J9/14GK1646612SQ03807878
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月7日
發(fā)明者戴維·S.·索恩, 克里斯托弗·D.·塔吉, 雅各布·弗里亞斯·波洛克 申請(qǐng)人:新型建筑及建材公司