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CN101184703A - 将高粘度石膏添加剂添加于煅烧石膏的混合后水性分散液中的方法和系统 - Google Patents

将高粘度石膏添加剂添加于煅烧石膏的混合后水性分散液中的方法和系统 Download PDF

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CN101184703A
CN101184703A CNA2005800496010A CN200580049601A CN101184703A CN 101184703 A CN101184703 A CN 101184703A CN A2005800496010 A CNA2005800496010 A CN A2005800496010A CN 200580049601 A CN200580049601 A CN 200580049601A CN 101184703 A CN101184703 A CN 101184703A
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wga
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CNA2005800496010A
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詹姆斯·R·维特博尔德
W·戴维·宋
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United States Gypsum Co
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United States Gypsum Co
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Abstract

本发明提供用于将湿石膏加速剂或其它高粘度生产添加剂引入排出设备中煅烧石膏水性分散液中的方法及系统，所述排出设备位于在其中制造所述分散液的灰泥混合机下游。所述方法及系统适用于生产各种石膏产品，例如包括墙板及天花板在内的板材。

Description

将高粘度石膏添加剂添加于煅烧石膏的混合后水性分散液中的方法和系统
技术领域
背景技术
凝固石膏(二水合硫酸钙)是一种多种产品中通常包括的习知材料，例如在建筑物的内墙和天花板的典型干式墙构造中所用的石膏板。通常，含石膏的板是通过形成煅烧石膏(换言之，半水合硫酸钙及/或无水硫酸钙)和水以及其它组份(若合意)的混合物来制备。所述混合物通常在运送带表面上或在盘中浇注成预定形状。当其沿运送带行进时，煅烧石膏与水反应形成结晶水合石膏或二水合硫酸钙基体。煅烧石膏的合意水合是能够形成凝固石膏晶体联锁基体的水合，由此赋予含石膏产品中石膏结构强度。可利用适度加热驱除未反应的水以获得干燥产品。石膏混合机及制造石膏产品的方法阐述于(例如)美国专利第1,767,791号；第2,253,059号；第2,346,999号；第4,183,908号；第5,683,635号；第5,714,032号；及第6,494,609号中。
在石膏产品生产中通常使用加速剂材料以增强水合效率并控制凝固时间。加速剂阐述于(例如)美国专利第3,573,947号；第3,947,285号；第4,054,461号；及第6,409,825号中。一些加速剂包括精细研磨的干燥二水合硫酸钙，通常称为“石膏晶种”。所述石膏晶种增强凝固石膏晶体的晶核形成，由此增加其结晶速率。通常，加速剂是添加于与用于将水与煅烧石膏组合的相同混合机室中。尽管将加速剂添加于混合机具有使所述加速剂与水和煅烧石膏混合物良好且均匀地充分混合的优点，但所述加速剂也可造成石膏开始过早凝固。过早凝固可导致混合机阻塞，可导致损坏混合机，限制效率且需要更频繁的混合机清洗。混合机清洗需要关停板生产线，此严重损害生产率。尽管在混合机中已使用包括缓凝剂在内的添加剂以克服过早凝固，但所述添加造成额外成本及考虑因素。
因此，需要新材料及方法来帮助石膏凝固。
发明内容
根据本发明一个方面，提供一种将湿石膏加速剂(WGA)引入煅烧石膏的混合后水性分散液的方法。煅烧石膏的水性分散液是在灰泥混合机的混合机室中形成并排出至排出设备。WGA是引入所述排出设备中的水性分散液中。
根据本发明另一方面，提供一种将高粘度生产添加剂引入煅烧石膏的混合后水性分散液中的方法。煅烧石膏的水性分散液是在混合机室中形成并排放至排出设备。所述高粘度生产添加剂是引入所述排出设备中的水性分散液中。所述高粘度生产添加剂与所述水性分散液的粘度比率介于约10∶1至约2∶1之间。
作为本发明的一个方面，提供一种将湿石膏加速剂引入煅烧石膏的混合后水性分散液的系统。所述系统包括至少一个WGA来源；输送装置；用于形成煅烧石膏的水性分散液的混合机；在运作上与混合机-来源的出口相连结的排出设备，输送装置及所述排出设备彼此在运作上相连结。
例如，本发明在制造石膏板(例如墙板或天花板)中具有特殊用途。在所述实施例中，高粘度生产添加剂(例如WGA)添加于煅烧石膏的水性分散液之后，将所述分散液沉积于移动盖板上。在墙板的情况下，干燥前将第二盖板施加于所沉积内容物。在一些实施例中，例如一些天花板，不使用第二盖板。
本发明的方法、系统及其元件将在提供代表性实施例的图及详细说明中进一步阐述。
附图说明
图1展示用于将高粘度石膏添加剂添加于煅烧石膏的混合后水性分散液的系统的示意性平面图。
图2展示图1中所示系统包括带有若干注入口的注入环的局部示意性剖面图。
图3展示图2示意性剖面图纳入三通接头的变化形式。
图4展示图1中所示系统变化形式的示意性平面图。
图5展示混合机和排出设备的局部透视图。
图6展示混合机排出设备系统第一部分的透视图。
图7展示混合机排出设备系统第二部分的透视图。
图8展示图6及7中所绘示系统的示意性平面图。
图9展示图8中所绘示系统变化形式的示意性平面图。
图10展示图9中所绘示系统变化形式的示意性平面图。
尽管本发明易于实施各种修改及替代构造，但已在图中展示其某些说明性实施例且下文将详细阐述。然而，应了解，本文并非旨在将本发明限定于所揭示的特定实施例，相反，本发明旨在涵盖属于由随附权力要求所界定的本发明精神及范围内的所有修改、替代构造及等效物。
具体实施方式
本发明至少部分地以以下惊奇的发现为前提：高粘度生产添加剂(例如湿石膏加速剂)可添加于在灰泥混合机下游排出设备中的相对低粘度水性分散液煅烧石膏中，且仍达成充分混合以获得具有可接受凝固时间的石膏产品。有利地是，当煅烧石膏的水性分散液自所述灰泥混合机流至本发明的排出设备时，所述排出设备并不需要单独的电源来将高粘度生产添加剂与所述分散液混合。
根据本发明一个方面，提供用于将高粘度生产添加剂添加于煅烧石膏的混合后水性分散液中的系统12。系统12包括高粘度生产添加剂来源15，在一些实施例中其可容纳湿石膏加速剂(WGA)。尽管出于说明性目的仅展示单一来源15，但可提供多个来源。系统12还包括输送装置18；其可包括泵，且在一些实施例中是正排量泵(positivedisplacement pump)。用于本发明系统的适宜泵更详细的在关于本发明方法中进行阐述。系统12进一步包括用于生产煅烧石膏的水性分散液的混合机21。混合机21具有内部或混合室24，其设置有至少一个出口27。自混合机出口27延伸出的是排出设备30，所述含水石膏浆液可流经其且最后在出口31处离开。在一些实施例中，所述出口包括套管。套管适用于用来沉积大部分浆料(而不是稠化层浆液)的排出设备。在其它实施例中，设置所述出口作为导管(例如软管)。导管或软管出口适用于稠化层排出设备。
来源15、输送装置18和排出设备30在运作上连结以便使WGA及/或其它生产添加剂流动。在一些实施例中，所述连通性是由输送线路33提供，因此根据所述实施例所述输送线路可具有若干段，例如，36、39。输送线路33可具有压力计42用于测量所述输送线路中生产添加剂的压力。输送线路33与注入环45相连结。注入环45包括至少一个注入口48，输送线路33可通过其进料。所述注入环及相关元件的更详细阐述展示于图2和3中。尽管结合本发明系统及方法二者阐述了注入环，但除注入环以外可使用其它注入构件或代替所述注入环。例如，在一些实施例中，输送线路上的针可用于至所述排出设备的输送。在一些实施例中，所述排出设备中设置有连接管以允许至所述设备的输送。
系统12可进一步纳入一个或多个额外排出设备(例如，130和230)。所述额外排出设备(例如，130和230)可以类似于针对排出设备30所阐述的方式在运作上与各个元件相连结。输送装置118、218、混合机出口127、227、排出设备出口131、231、输送线路133(在一些实施例中包括136和139)、233(在一些实施例中包括236和239)、压力表142、242、注入环145、245、注入口148、248是以类似于那些针对排出设备30及相关元件所阐述的方式在运作上相连结。尽管图1展示系统12具有三个排出设备30、130及230、和相关元件，但系统12可具有少至1个排出设备30，同时对额外设备的数量并无预期上限。
图2展示其中输送线路33包括乳房状构件、歧管或其它具有分支容量51的装置的实施例，所述分支容量将输送线路33分成多个支路53、57和60。仅出于说明性目的展示3个支路。图2的注入环45展示具有多个注入口48、48′和48″，但再次仅出于说明性目的展示注入环45的数量。支路53、57和60分别进料至注入口48、48′和48″。在一些实施例中，可存在额外注入环(例如，如图1中所绘示的145、245)且纳入上述特征。
图3展示图2中所示实施例的改变形式，其纳入三通63以使来自来源15的生产添加剂与一种或多种无特定粘度的额外生产添加剂在注入排出设备30之前进行混合。三通63包括接头66，第一添加剂69和第二添加剂72在此汇合。尽管图3仅展示用于一个注入口48的三通63，但此表示法仅出于说明性目的。任何数量的注入口均可具有与其相连结的三通63。
图4展示系统112，其为图5中所展示者的改变形式。再次系统112包括生产添加剂来源15，自其将高粘度生产添加剂(例如，WGA)进给至相应排出设备30、130和230。与系统12不同，系统112使用单一输送装置18(例如，泵)、及乳房状构件、歧管或其它具有分支容量75的装置，所述分支容量将输送线路33在87处分成若干彼此分开的支路(例如，78、81和84)。支路(例如，78、81和84)可包括阀门或类似装置79、82和85以控制至所述支路的流动，且所述阀门也可或可选择地与分支装置75相连结。各支路最终引导至相应排出设备30、130和230上的注入环45、145和245。在一些实施例中，有帮助将来自来源15的添加剂输送至排出设备30的输送装置18和使用乳房状构件、歧管或其它具有分支容量75的装置利用至少2个支路81、84帮助将来自来源15的添加剂输送至第二及第三排出设备130、230二者的第二输送装置118，而无第三输送装置218。仅出于说明性目的展示支路及其它元件的数量且同样其它数量也是可能的。在仍其它实施例中，各排出设备具有其自己的来源。
图5展示排出设备430，其是排出设备30、130、230等的一个实施例。排出设备430还展示许多不同元件和特性，其通常可包括在排出设备中及/或在运作上与排出设备相连结。所述排出设备包括带有闸门开口426的闸门425、一系列软管区段432、434及438、笼形阀440、和两个带有注入口48、448的注入环45、445、和出口431。闸门425用作连接器以将所述排出设备的导管在混合机出口27处连接至混合机21。所示闸门425具有可选注入口548。注入口48、448和548是WGA、泡沫或其它生产添加剂进口的可能位置的实例。环45、445和闸门425可经构造具有若干注入口(例如，如图2和3中所示)。在一些实施例中，将环45、445隔开的软管区段434约15至约16英寸长。输送线路33或其它输送线路可在任何注入口处连接。笼形阀440的位置可沿排出导管430的长度变化且可控制所述排出导管中的流动。也可使用若干笼形阀及/或其它阀门类型。本发明的排出设备及系统可纳入共同拥有的美国专利第6,494,609号中所阐述的元件或子系统。
本文将根据以下实例阐述本发明的额外系统。尽管结合实例讨论了所述软管系统，但其并不限于使用那些实例中所阐述者。
本发明方法可利用一个或多个本文所述的系统、子系统及元件，例如，根据图所阐述者。然而，所述方法可使用其它适宜系统、子系统及元件。尽管已针对各种系统、子系统及元件阐述所述方法，但提供所述描述是用以帮助读者理解本发明，且并非限制本发明，如随附权利要求书中所阐述。本文所阐述之方法是根据将WGA添加至煅烧石膏的水性分散液中来阐述，但其仅出于说明性目的。也可使用其它具有类似于WGA的高粘度或本文所述的其它适宜粘度的添加剂。而且，可使用一种或多种额外加速剂。所述加速剂的实例包括苛性钾、耐热加速剂(HRA)、气候稳定的加速剂(CSA)、及任何石膏工业中习知的加速剂。在那些其中使用一种或多种额外加速剂的实施例中，所述额外促进剂可添加于煅烧石膏水性分散液混合机中或所述混合机的外部(即，排出设备中)。在一些实施例中，使用呈颗粒及/或粉末形式的苛性钾作为额外加速剂。
根据本发明方法可使用湿石膏加速剂(WGA)及/或其它高粘度添加剂(例如，淀粉溶液)。高粘度添加剂可包括一种或多种自身可具有低粘度的额外添加剂，条件是当与所述高粘度添加剂结合时，保持所述高粘度添加剂的高粘度。本发明的WGA和其它高粘度添加剂通常具有介于约3000至约5000厘泊之间的粘度。在一些实施例中，所述范围应介于约2000至约10000厘泊之间。在一些实施例中，所述范围应介于约2500至约9500厘泊之间。在一些实施例中，所述范围应介于约3000至约9000厘泊之间。在一些实施例中，所述范围应介于约3500至约8500厘泊之间。在一些实施例中，所述范围应介于约4000至约8000厘泊之间。在一些实施例中，所述范围应介于约4500至约7500厘泊之间。在一些实施例中，所述范围应介于约5000至约7000厘泊之间。在一些实施例中，所述范围应介于约5500至约6500厘泊之间。在一些实施例中，所述范围应介于约2500至约5500厘泊之间。在一些实施例中，所述范围应介于约2750至约5250厘泊之间。在一些实施例中，所述范围应介于约3250至约4750厘泊之间。在一些实施例中，所述范围应介于约3500至约4500厘泊之间。在一些实施例中，所述范围自约3750至约4250厘泊。在一些实施例中，所述湿石膏加速剂的粘度为约1000厘泊或更大及约5000厘泊或更小。在一些实施例中，所述湿石膏加速剂的粘度为约2000厘泊至约4000厘泊。本文所述的粘度测量是在周围温度下进行的反射测量。用于本发明的代表性WGA阐述于美国专利第6,409,825号、以及同时提出申请且共同拥有的申请案“WET GYPSUM ACCELERATOR AND METHODS，COMPOSITION，ANDPRODUCT RELATING THERETO”(代理档案号234912)美国专利申请案__________中。所用高粘度添加剂的粘度可受所用系统约束的限制，例如，所用泵是否足够有效以将添加剂输送至排出设备。熟悉石膏工业的人根据本发明教示和此项技术中可获得的知识应能够确定用于给定石膏应用的适宜WGA类型。
本发明一个方面提供将湿石膏加速剂(WGA)引入煅烧石膏的混合后水性分散液中的方法，其中所述方法包括在混合机室中形成煅烧石膏的水性分散液；将所述水性分散液输送至排出设备；并将所述WGA引入所述排出设备中的水性分散液中。在一些实施例中，所述WGA包括二水合硫酸钙、水及至少一种选自由以下组成的群组的磷添加剂：(a)有机膦酸化合物；(b)含磷酸盐的化合物；及(c)(a)和(b)的混合物。在一些实施例中，所述WGA的经研磨产物包括二水合硫酸钙且具有5μm或以下的中值粒径。所述经研磨产物是湿研磨以生产WGA的结果。此工艺讨论于共同拥有的美国专利第6,409,825号、以及同时提出申请且共同拥有的申请案“WET GYPSUMACCELERATOR AND METHODS，COMPOSITION，AND PRODUCT RELATINGTHERETO”(代理档案号234912)美国专利申请案_________中。在一些实施例中，所述WGA的经研磨产物具有约0.5μm至约2μm的中值粒径。在一些实施例中，所述WGA的经研磨产物具有约1μm至约1.7μm的中值粒径。在一些实施例中，所述WGA的经研磨产物具有约1μm至约1.5μm的中值粒径。
在一些实施例中，所述磷添加剂是以所述加速剂的重量计以约0.1％至约10％的量存在。在一些实施例中，所述WGA的经研磨产物实质上为无定形产物。在一些实施例中，所述磷添加剂是至少一种有机膦酸化合物和至少一种含磷酸盐的化合物的混合物，其中所述有机膦酸化合物是以所述加速剂的重量计以约0.05％至约9.95％的量存在，且其中所述含磷酸盐的化合物是以所述加速剂的重量计以约0.05％至约9.95％的量存在。
在一些实施例中，所述WGA包括选自由以下组成的群组的有机膦酸化合物：氨基三(亚甲基-膦酸)、氨基三(亚甲基-膦酸)、1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸、1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)、己二胺四(亚甲基膦酸)、己二胺四(亚甲基膦酸)、任何上述酸的五钠盐、三钠盐、四钠盐、钠盐、铵盐、钾盐、钙盐、或镁盐、及其组合。
在一些实施例中，所述WGA包括选自由正磷酸盐、聚磷酸盐、及其组合组成的群组的含磷酸盐的化合物。在一些实施例中，所述WGA包括选自由以下组成的群组的含磷酸盐的化合物：焦磷酸四钾、酸式焦磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸四钠、三聚磷酸钾钠、具有6至约27磷酸盐单元的六偏磷酸钠盐、聚磷酸铵、三偏磷酸钠、及其组合。
所属领域的技术人员应了解，本发明可以各种方式实施而不背离本发明范围。例如，在一些实施例中，所述WGA包括以钙石膏二水合物重量计约0.5％的氨基三(亚甲基膦酸)五钠盐和以钙石膏二水合物重量计约0.5％的三偏磷酸钠的混合物。所述WGA的固体内容物可根据特定应用而改变。同样，所述WGA的粘度可根据特定应用而改变。因此，如所属领域的技术人员应了解的一样，如果对于期望应用而言所述WGA的粘度或固体内容物不合意的高，则所述WGA可在使用前用水稀释。作为说明且并非限制本发明，在一些实施例中，所述WGA包括含二水合硫酸钙的固体内容物，二水合硫酸钙的数量以所述加速剂的重量计为至少约20％。在一些实施例中，所述加速剂包括二水合硫酸钙的固体部分是以所述加速剂的35％至约45％的量存在，且水是以所述加速剂的重量计以约55％至约65％的量存在。所属领域的技术人员亦应了解本发明WGA的多功能性。例如，在一些实施例中，当将本发明WGA添加于包括煅烧石膏和水的混合物中用于形成凝固石膏的联锁基体时，所述WGA允许约6分钟或更少的使煅烧石膏达50％水合的时间。在一些实施例中，当将WGA添加于包括煅烧石膏和水的混合物中用于形成凝固石膏的联锁基体时，所述WGA允许约5分钟或更少的使煅烧石膏达到50％水合的时间。合意的凝固时间取决于各种因素，其包括WGA的固体内容物、WGA的粘度、和WGA固体的粒径。当所述WGA用于制造石膏板时，可影响凝固时间的其它因素包括生产线速率、生产线长度、石膏特性及诸如此类，如所属领域的技术人员所应了解的。
所述WGA及/或其它高粘度添加剂是引入用排出设备30容纳的相对低粘度煅烧石膏的水性分散液中。在一些实施例中，所述水性分散液具有介于约700至约1200厘泊之间的粘度。在一些实施例中，所述分散液具有介于约100至1750厘泊之间的粘度。在一些实施例中，所述分散液具有介于约200至1650厘泊之间的粘度。在一些实施例中，所述分散液具有介于约300至1550厘泊之间的粘度。在一些实施例中，所述分散液具有介于约400至1500厘泊之间的粘度。在一些实施例中，所述分散液具有介于约450至1450厘泊之间的粘度。在一些实施例中，所述分散液具有介于约500至1400厘泊之间的粘度。在一些实施例中，所述分散液具有介于约550至1350厘泊之间的粘度。在一些实施例中，所述分散液具有介于约600至1300厘泊之间的粘度。在一些实施例中，所述分散液具有介于约650至1250厘泊之间的粘度。在一些实施例中，所述分散液具有介于约750至1150厘泊之间的粘度。在一些实施例中，所述分散液具有介于约800至1000厘泊之间的粘度。在一些实施例中，所述分散液具有介于约850至950厘泊之间的粘度。
在一些实施例中，所述分散液具有介于约875至925厘泊之间的粘度。根据本发明，待引入所述排出设备中煅烧石膏水性分散液中的WGA及/或其它高粘度生产添加剂也可以比率表示。例如，所述WGA的粘度可为所述水性分散液的大约4倍。在一些实施例中，所述WGA的粘度可为所述水性分散液的大约3倍。可适用比率包括10∶1、9∶1、8∶1、7∶1、6∶1、5∶1、4.5∶1、4.25∶1、4.1、3.75∶1、及3.5∶1、3.25∶1、3∶1、2.75∶1、2.5∶1、2.25∶1、2∶1、以及所述比率中间的比率。
本发明方法包括将来自来源15的高粘度生产添加剂(例如WGA)输送至排出设备30，于此将所述添加剂引入自石膏混合机(例如，叶式混合机、多通路混合机、非叶式混合机、或其它可用于获得石膏水性分散液的混合机)排出的煅烧石膏的水性分散液中，其中所述水性分散液已经混合。尽管涵盖重力输送，但所述WGA通常借助一个或多个输送装置(例如，18、118、218)的帮助自来源15移动至排出设备30。在一些实施例中，所述输送装置是泵。在一些实施例中，所述泵为正排量泵，但此外或可选择的可使用其它泵类型(例如，离心泵)。适宜正排量泵的实例包括推进腔式泵、齿轮泵和蠕动泵。进入所述排出设备的浆液压力应维持在高于所述排出设备内容物压力的压力下以便最小化背压并允许有效输送HRA浆液。在一些实施例中，所述排出设备中的压力介于约5与约15p.s.i之间。在来源15与排出设备30间的输送线路33中WGA的压力可使用压力表42测量。然而，如果所用泵是自调节的，则不需使用此一量表。在一些实施例中，所述量表具有0-30p.s.i的量程。
所述WGA可通过注入口48排出至排出设备30，所述注入口可与注入环45相连结。在一些实施例中，所述WGA分成若干分支以允许至排出设备30的若干进口。所述若干进口可通过在注入环45中提供若干入口(例如，48、48′和48″)来获得。在一些实施例中，所述WGA是在引入排出设备30的水性分散液中之前与一种或多种额外添加剂(例如，泡沫)组合。所述组合可使用WGA或其它高粘度添加剂69和另一种不考虑粘度的添加剂72的进口所形成的三通63实施。在一些实施例中，所述WGA和一种或多种额外添加剂是在距注入所述排出设备的点大约3英寸处组合。在一些实施例中，WGA被输送至排出设备中，所述排出设备位于在运作上与其相连结的夹管阀的下游。
对于特定石膏产品而言，可构造若干排出设备。例如，若预期产品是墙板且期望顶部及底部稠化层，则可设置第二及第三排出设备(即，稠化层抽取器)130、230。对于某些墙板产品以及其它板产品(例如天花板)而言，参见共同拥有、同在申请中的美国专利申请案第10/804,359号，仅施加单一稠化层。在一些实施例中，利用单独的输送装置18、118和218将来自来源15的WGA输送至排出设备30、130和230。在其它实施例中，有用于将所述WGA输送至所有三个排出设备的单一输送装置30。在仍其它实施例中，输送装置18用于排出设备30，且输送装置118用于排出设备130和230。无论输送装置的数量如何或是否存在输送装置，所述WGA均可使用乳房状构件、三通、歧管或其它允许所述输送线路分支的装置分送至分支输送线路中。流入特定支路的WGA的控制可使用阀门或其它具有类似功能的元件控制。
WGA及/或其它高密度生产添加剂通常在垂直于所述排出设备中分散液的流动的流中引入所述混合后水性分散液中。然而，其它WGA引入方向也是可能的。为了理想的纳入所述水性分散液，所述WGA是在靠近混合机出口27而非排出出口31处引入所述排出设备。在一些实施例中，所述引入是在距混合机出口27约2.5英寸至3英寸处发生。在一些实施例中，所述引入是在距所述混合机出口约1英寸处发生。通常，将WGA的引入移至所述排出设备的下游将用于延迟凝固加速。
当使用本发明方法制造具有第一(例如，底部)及第二(例如，顶部)稠化层的墙板产品时，各稠化层排出设备130、230可包括一个或多个以下构件及/或在运作上与其相连结：软管和环(例如，145、245)。提供适当凝固的WGA的百分数取决于待施加于板的稠化层的水性浆液的量。例如，若10％的主要石膏浆液(即，来自混合机21的水性分散液)待施加于第一(例如，底部)稠化层，则较佳将大约10％的WGA通过底部排出设备130引导至底部稠化层。若利用第二(例如，顶部)稠化层，则WGA的比例再次较佳大约与待施加于所述顶部稠化层的石膏浆液的百分数匹配。来自混合机21的石膏浆液百分数通常介于约5％至约20％之间。词语顶部及底部、以及正面和背面及其它等效词语均为关于所述石膏产品人们所指方向的相对词语。仅出于说明目的，底部是指第一纸张(即，盖板)，其在所述石膏混合机和施加于所述第一纸张的稠化层之下行进。顶部是指第二纸张，其是在石膏浆液通过主排出设备30添加于所述底部纸张、以及所述稠化层施加于所述第二纸张之后施加。在一些实施例中，将分散剂添加于所述排出设备中，例如木质素、萘磺酸盐或其它适宜分散剂。
本发明系统和方法的益处是通过将WGA的引入延迟至煅烧石膏的水性分散离开灰泥混合机21之后而延迟所述分散液的凝固。在一些实施例中，所述方法将较少水添加于所述灰泥混合机中，此导致较低水-灰泥比，如此由于混合机内部24中缺少加速剂而使得混合机中凝固较少。方法及系统亦涵盖除将所述WGA引入所述排出设备中外用于将其直接引入混合机21。
以下实例进一步说明本发明，但是，当然不应将其理解为以任何方式限制本发明范围。
实例1：WGA至所述排出设备的添加
此实例阐述可将WGA添加于排出设备中以获得合意的石膏产品。此试验所用的WGA为以下配方：0.5％五钠盐和0.5％三偏磷酸钠、及以WGA重量计42％固体和以WGA重量计58％水。实施其中在主排出设备的主闸门和背面稠化层排出设备中引入WGA的试验。作为比较，也将所述WGA注入叶式混合机内部的应急水端口。当将WGA添加于所述混合机的内部或“外部”时其成功地使板均匀凝固。无论WGA是引入述混合机的内部还是外部，其用量并未改变。在这两种情况下，均未添加耐热加速剂(HRA)以使所述板凝固，但在初始启动期间使用HRA。此试验所用的HRA是磨成微细粒径呈干燥状态的99.5％石膏/0.5％糖混合物。所述试验使用典型的石膏板用纸。表1汇总了试验条件且记录了加速剂用量(HRA和WGA)和水用量。在表1中单位(若适宜)为lbs/MSF。此试验所用灰泥为1235lbs./MSF。WGA％固体为42％。
表1：试验参数[所有单位均以LBS./MSF表示]
  时间   条件   HRA   主浆料层WGA     稠化层WGA     分散剂   混合机水   泡沫水   WGA水   总计水
  14:32   停车一天后启动将WGA添加于混合机外部   10.0   35.0     3.5     5.0   764.0   96.0   22.3   882.3
  14:53   减少HRA，增加WGA   3.0   40.0     4.0     5.0   736.0   123.0   25.5   884.5
  15:01   减少HRA，增加WGA   1.5   45.0     4.5     5.0   738.0   123.0   28.7   889.7
  15:06   减少HRA，增加WGA   1.5   55.0     5.5     5.0   736.0   123.0   35.1   894.1
  15:11   HRA全部耗尽   -   55.0     5.5     5.0   736.0   123.0   35.1   894.1
  15:17   减少水   -   55.0     5.5     5.0   721.0   123.0   35.1   879.1
  15:25   减少水   -   55.0     5.5     5.0   710.0   125.0   35.1   870.1
  15:40   减少WGA   -   50.0     5.0     5.0   708.0   125.0   31.9   864.9
  15:45   减少分散剂，包括WGA   -   55.0     5.0     3.5   706.0   125.0   34.8   865.8
  16:10   减少泡沫水   -   55.0     5.0     3.0   708.0   105.0   34.8   847.8
  16:16   将WGA转移至混合机   -   60.0     -     3.0   707.0   105.0   34.8   846.8
  随后由于底部纸张断裂试验短暂停止
  18:12   仅HRA，正常生产   21.0   -     -     4.0   762.0   101.0    -   863.0
此试验使用图6、7和8中示意性绘示的系统612。所述系统之下是第一纸张614，将煅烧石膏的水性分散液施加于所述第一纸张。石膏施加于纸张614后，施加第二纸张以形成墙板。稠化层仅施加于所述底部纸张。在其它实施例中，所述稠化层可仅施加于所述顶部纸张、或于顶部和底部纸张二者。系统612包括具有内部624和出口627、727的混合机621。排出设备630、730的闸门625、825在运作上与出口627、727相连结。因此，在运作上与混合机621相连结的是主浆料排出设备630和稠化层排出设备730。各排出设备630、730分别由单独WGA来源15、615供应。单独输送线路633(包括区段636和639)、733(包括736和739)和泵18、618用于将WGA输送至设备630、730。混合机621包括应急水端口622，在试验的某些时段期间通过其输送WGA。混合机621和排出设备630分别通过分支输送线路638、639在运作上与WGA来源15相连结。控制阀23、623分别设置于分支输送线路638、639上以控制WGA至混合机621和排出设备630的输送。
主混合机闸门625在运作上与第一法兰671相连结且抵靠安装的第二法兰673在运作上与排出设备630第一软管区段634相连结。WGA自来源15供应且使用为正排量泵的MoynoTM泵帮助输送。将WGA注入内径(ID)为1加3/4″带有3个3/8″ID端口648、648′和648″的法兰673。法兰673的端口由3个支路653、657和660供给，所述支路以类似于图2中针对环45所展示的方式设置为3个1/2″自乳房状构件51分支的软管。尽管在此试验期间未使用压力表642，但此一量表可在即将注入法兰673之前设置于所述支路之一(例如53)上。在一些实施例中，使用0-30p.s.i.量表。箭头654表示来自乳房状构件的支路最终与法兰673相连结。在其它实施例中，所装配的671、673法兰可用类似注入环代替。
泡沫环745包括端口748、748′、748″和748，其自泡沫来源使用泡沫输送线路供应泡沫，所述泡沫输送线路之一设置有压力表742。喂入所述端口的输送线路分别为753、757、760及761。所述泡沫环使用类似于图2中针对环45所示的配置供应泡沫和水。尽管在其它实施例中，泡沫环745位于其中第二法兰673所处的位置，但对于所述试验将泡沫环745沿排出设备630再往前移动13″英寸，利用2″ID TygonTM软管634将二者连接在一起。泡沫环745为1又3/4″ID至2″ID膨胀泡沫环。由此，将约9英尺长的2又1/4″ID TygonTM软管638引导至单一长套管631。稠化层排出设备730在731处终止。线路790运送三偏磷酸钠。
背面稠化层排出设备730使用SeepexTM泵618(其为推进腔式泵)自单独槽615抽吸WGA并将其注入闸门825。软管639具有适宜尺寸用于在端口处进入闸门825，靠近端口826设置压力表842(例如，0-30p.s.i.)以测量进入端口826的WGA压力。所述稠化层的WGA用量经设计为大部分浆液WGA用量的约10％。将WGA注入1/4″管道中，在其它实施例中可为其中将泡沫和水添加于抽取器的点。在将WGA注入排出设备730处下游约10″英寸处安装1″ID泡沫注入环845。注入环845包括为输送线路834供应泡沫和水的注入口848。
尽管可使用其它WGA效率(例如，对于1/2″产品而言42lbs/MSF)，但此试验使用效率为60lbs/MSF的WGA，其中MSF代表千平方英尺。此相对低效率是通过使用评价粘度对在卧式介质磨机(自Premier购得)中的研磨时间的制造程序来解决。此制造程序包括使用指定粘度作为何时停止研磨的指示一与研磨机负载或恒定研磨时间相反。粘度可通过使用任何市售粘度计(例如，一种由Brookfield制造者)来测量。关于WGA效率和其粘度之间关系的研究讨论于美国专利第6,409,825号、以及同时提出申请且共同拥有的申请案“WET GYPSUM ACCELERATOR AND METHODS，COMPOSITION，AND PRODUCT RELATING THERETO”(代理参考编号234912)美国专利申请案________中。
WGA效率是利用与人们测定HRA效率相同的程序测定，所述程序包括使用标准灰泥和感兴趣的WGA或HRA评价水合速率。气候稳定加速剂(CSA)也可作为基准物。将样品的水合速率与使用相同标准灰泥和标准加速剂的水合速率相比较。若所述WGA或HRA与标准加速剂相比更有效加速水合，则将给出大于100的效率。由于水合过程是放热反应，故水合速率通常通过在完全隔热环境中测量随时间的温度曲线来确定。在放热反应或完全水合结束时，材料应达到恒定温度。基本上，灰泥/水浆液多快可达成恒定温度就会提供多快的水合速率。WGA、HRA或其它加速剂已用于缩短达到恒定温度的时间。HRA进一步详细阐述于同在申请中且共同拥有的申请案“METHODSOF AND SYSTEMS FOR PREPARING A HEAT RESISTANT ACCELERANT SLURRYAND ADDING THE ACCELERANT SLURRY TO A POST-MIXER AQUEOUSDISPERSION OF CALCINED GYPSUM”(代理参考编号234911)美国专利申请案__________中。
此试验是在1/2″产品上以180英尺/分钟实施。WGA在所述混合机外部引入的试验实施1-3/4小时，试验也可实施更短或更长持续时间。WGA在所述混合机内部的引入在小团块造成纸张断裂(此迫使板生产线关停)之前实施大约10分钟。所述团块可能是由自混合机构造外部至混合机构造内部的变化(导致所述稠化层排出设备的端口变得阻塞的变化)造成。
对于背面稠化层而言硬化速率为约21秒且对于大部分浆液为30秒。在即将切割之前使用USG硬度计测试器进行的硬度测试测量为67至70。当离线检查板切割样品时，整个板的硬度极为均匀。所述试验期间制得的板未展示任何纸张-稠化层粘结问题。钉拉拔值是由HRA制得板的特征。
WGA试验期间线上水合温升测量系统(TRS)如下：在15:17时，稠化层达到50％水合的时间为4.1分钟，在切割处达52.8％水合。在15:27时，大部分浆液达到50％水合的时间为3.6分钟，在切割处达58.6％水合。在15:38时，稠化层达到50％水合的时间为3.9分钟，在切割处达54.1％水合。在15:51时，大部分浆液达到50％水合的时间为3.8分钟，在切割处达57.4％水合。
实例2
实施另一类似于实例1中所阐述的试验，只是使用单一WGA来源15供应两个排出设备630、730，且未将WGA供应至混合机24。对于此试验，使用如图9中所示的系统712，其是系统612的改变形式。系统712包括单一来源15且缺少至所述混合机的WGA输送线路。由于仅需要使用单一来源，所以系统712是有利地。
实例3
实施又一类似于实例2中所阐述的试验，但是利用另一精制系统812。与系统612和712不同，图10中所展示的系统812包括在主排出设备630上的单一注入环945。注入环945在运作上与至少一个以类似于图3中所示用于注入环45的方式装配的三通63相连结。稠化层排出设备除去环845，并在闸门1045处使用以类似于图3中所示用于注入环45的方式装配的三通63注入泡沫和WGA。
本文所引用的所有参考资料(包括出版物、专利申请案及专利)均以引用的方式并入本文中，其并入的程度就如同每一参考资料均个别且特别指明以引用方式并入本文且其全文列示于本文中一般。
除非本文另外指明或上下文明显矛盾，否则，在阐述本发明的上下文(尤其在随附权利要求的上下文)中所用词语“一种”及“此种”均理解为涵盖单数与复数两者。除非另有说明，否则；词语“包括”、“具有”及“包含”均理解为开放型词语(即，意味着“包括，但不限于”)。除非本文另外指出，否则，本文列举的数值范围仅旨在作为单独查阅此范围内各单独值的一种速记方法，且各单独值均如其个别引用一般包含于本说明书中。除非本文另有说明或上下文明显矛盾，否则，本文所阐述的方法可以任何适宜的顺序实施。除非另外阐明，否则，本文所提供的任何及所有实例或实例性语言(例如，“例如”)仅旨在用于更好地阐述本发明而不是对本发明范围加以限制。本说明书中的任何语言均不应理解为指明任何未阐明要素对本发明实践是必不可少的。
本文阐述了本发明较佳实施例，其包括发明者已知的用于实施本发明的最佳模式。所属领域的技术人员在阅读上述说明后可明了对那些较佳实施例的各种改变。本发明发明者期望所属领域的技术人员适当使用此等改变，且发明者期望本发明可以不同于本文具体阐述的方式实施。因此，本发明包括适用法律所允许的本文随附权利要求中所阐述的标题物的所有修改及等效物。此外，除非本文另有说明或上下文明显矛盾，否则，在所有可能改变中上述元素的任何组合均涵盖于本发明中。

Claims (46)

1.一种将湿石膏加速剂(WGA)引入煅烧石膏的混合后水性分散液的方法，所述方法包括：
在混合机室中形成煅烧石膏的水性分散液；
将所述水性分散液排出至排出设备中；
将所述WGA引入所述排出设备中的水性分散液中。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述WGA包括：
经研磨产物，所述经研磨产物包括二水合硫酸钙；
水；和
至少一种选自由以下组成的群组的添加剂：
(a)有机膦酸化合物；
(b)含磷酸盐的化合物；及
(c)(a)和(b)的混合物。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述经研磨产物具有约5μm或以下的中值粒径。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述经研磨产物具有约0.5μm至约2μm的中值粒径。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述经研磨产物具有约1微米至约1.7μm的中值粒径。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述经研磨产物具有约1微米至约1.5μm的中值粒径。
7.如权利要求2所述的方法，其中所述添加剂是以占所述加速剂重量的约0.1％至约10％的量存在。
8.如权利要求2所述的方法，其中所述经研磨产物实质上为无定形产物。
9.如权利要求2所述的方法，其中所述添加剂是至少一种有机膦酸化合物和至少一种含磷酸盐的化合物的混合物，其中所述有机膦酸化合物是以占所述加速剂重量约0.05％至约9.95％的量存在，且其中所述含磷酸盐的化合物是以占所述加速剂重量约0.05％至约9.95％的量存在。
10.如权利要求2所述的方法，其中所述有机膦酸化合物是选自由以下组成的群组：氨基三(亚甲基-膦酸)、氨基三(亚甲基-膦酸)、1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸、1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)、己二胺四(亚甲基膦酸)、己二胺四(亚甲基膦酸)、任一上述酸的五钠盐、三钠盐、四钠盐、钠盐、铵盐、钾盐、钙盐、或镁盐、及其组合。
11.如权利要求2所述的方法，其中所述含磷酸盐的化合物是选自由正磷酸盐、聚磷酸盐、及其组合组成的群组。
12.如权利要求2所述的方法，其中所述含磷酸盐的化合物是选自由以下组成的群组：焦磷酸四钾、酸式焦磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸四钠、三聚磷酸钾钠、具有6至约27个磷酸盐单元的六偏磷酸钠盐、聚磷酸铵、三偏磷酸钠、及其组合。
13.如权利要求2所述的方法，其中所述添加剂是以所述钙石膏二水合物重量计约0.5％氨基三(亚甲基膦酸)的五钠盐和以所述钙石膏二水合物重量计约0.5％三偏磷酸钠的混合物。
14.如权利要求2所述的方法，其中所述二水合硫酸钙是以占所述加速剂重量至少约20％的量存在。
15.如权利要求2所述的方法，其中水是以占所述加速剂重量约55％至约65％的量存在。
16.如权利要求2所述的方法，其中所述湿石膏加速剂的粘度为约1000厘泊至约5000厘泊。
17.如权利要求2所述的方法，其中所述湿石膏加速剂的粘度为约2000厘泊至约4000厘泊。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述WGA具有介于约3000至约5000厘泊之间的粘度，且其中所述水性分散液具有介于约700至约1200厘泊之间的粘度。
19.如权利要求1所述的方法，其中WGA粘度与水性分散液粘度的比率介于约10∶1至约2∶1之间。
20.如权利要求1所述的方法，其中WGA粘度与水性分散液粘度的比率介于约4∶1至约3∶1之间。
21.如权利要求1所述的方法，其中所述WGA实质上是垂直于所述排出设备引入。
22.如权利要求2所述的方法，其中当将所述加速剂添加于包括煅烧石膏和水的混合物中用于形成凝固石膏联锁基体时，所述加速剂具有约6分钟或更少的使煅烧石膏达到50％水合的时间。
23.如权利要求11所述的方法，其中当将所述加速剂添加于包括煅烧石膏及水的混合物中用于形成凝固石膏联锁基体时，所述加速剂允许具有约5分钟或更少的使煅烧石膏达到50％水合的时间。
24.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
将所述排出设备的内容物排出至移动盖板上。
25.如权利要求24所述方法，其进一步包括：
将第二盖板施加于所述经排出内容物上。
26.如权利要求25所述方法，其进一步包括：
干燥所述盖板及所沉积内容物。
27.一种将生产添加剂引入混合后煅烧石膏的水性分散液的方法，所述方法包括：
在混合机室中形成煅烧石膏的水性分散液；
将所述水性分散液排出至排出设备；
将所述生产添加剂引入所述排出设备中的水性分散液中；
其中所述生产添加剂与所述水性分散液的粘度比率介于约10∶1至约2∶1之间。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述生产添加剂与所述水性分散液的粘度比率介于约4∶1至约2∶1之间。
29.如权利要求27所述的方法，其中所述生产添加剂包括加速剂。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述加速剂包括湿石膏加速剂(WGA)。
31.如权利要求27所述的方法，其中所述生产添加剂进一步包括泡沫。
32.如权利要求27所述的方法，其中所述生产添加剂包括淀粉溶液。
33.一种用于将湿石膏加速剂引入煅烧石膏的混合后水性分散液的系统，所述系统包括：
WGA来源；
输送装置；
煅烧石膏的水性分散液混合机；
在运作上与所述混合机的出口相连结的排出设备；
所述来源、输送装置及所述排出设备彼此在运作上相连结。
34.如权利要求33所述的系统，其中所述输送装置包括泵。
35.如权利要求34所述的系统，其中所述泵包括正排量泵。
36.如权利要求33所述的系统，所述系统进一步包括在运作上连结输送线路的压力表，其中所述输送线路在运作上与所述排出设备相连结。
37.如权利要求33所述的系统，所述系统进一步包括在运作上与所述混合机相连结的第二排出设备。
38.如权利要求37所述的系统，所述系统进一步包括在运作上连结输送线路的压力表，其中所述输送线路在运作上与所述第二排出设备相连结。
39.如权利要求33所述的系统，所述系统进一步包括在运作上与所述混合槽及所述第二排出设备相连结的第二输送装置。
40.如权利要求39所述的系统，其中所述输送装置包括泵。
41.如权利要求40所述的系统，其中所述泵包括正排量泵。
42.如权利要求33所述的系统，所述系统进一步包括子系统，所述子系统包括至少一个选自由乳房状构件、歧管、三通、阀门及软管组成的群组的构件，所述子系统在运作上与所述排出设备、来源及输送装置相连结以将WGA输送至多个排出设备。
43.如权利要求33所述的系统，其中所述排出设备包括具有多个入口的环，所述端口在运作上与所述来源相连结。
44.如权利要求33所述的系统，其中所述系统包括在运作上与所述排出设备及来源相连结的输送线路，其中所述输送线路是通过插入所述排出设备中的针在运作上与所述排出设备相连结。
45.如权利要求43所述的系统，其中所述系统包括输送线路及乳房状构件或歧管，其中所述输送装置、输送线路、乳房状构件或歧管及环在运作上连结以将所述WGA输送至若干入口。
46.如权利要求33所述的系统，其包括在运作上与所述排出设备相连结的三通以使所述WGA与泡沫溶液在进入排出设备之前混合。
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