制造石膏產(chǎn)品的方法和裝置制造方法
【專利摘要】生產(chǎn)石膏產(chǎn)品的方法和系統(tǒng)，包括用于混合石膏和水的混合器以及進入系統(tǒng)的兩個泡沫進料，其中所述泡沫進料各自包括不同氣泡尺寸分布的泡沫。
【專利說明】制造石膏產(chǎn)品的方法和裝置
[0001]本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)建造目的用(例如用在灰泥板等的制造中)的石膏灰泥(plaster)產(chǎn)品的制造方法和相關(guān)裝置。
[0002]石膏是硫酸鈣的天然存在形式，呈穩(wěn)定的二水合物(CaSO4.2Η20)的形式。本文中使用的術(shù)語“石膏”是指處于那種穩(wěn)定的二水合物狀態(tài)的硫酸鈣，且包括天然存在的礦物、合成得到的等同物、和通過灰墁(stucco)(硫酸鈣半水合物)或無水石膏的水合所形成的二水合物材料。
[0003]石膏的性能使得它高度適用于工業(yè)和建筑灰泥以及其它建筑產(chǎn)品例如石膏墻板。它是豐富的和通常廉價的原材料，其通過相繼的脫水和再水合步驟可以被澆鑄、模塑或以其它方式形成為有用的形狀。例如，石膏墻板(亦稱作灰泥板或干式墻)是作為夾在紙蓋片之間的凝固石膏芯形成的。
[0004]石膏通常是通過在相對低的溫度(例如約120-170°C )下、通常在大氣壓下研磨和煅燒而制備的以用作灰泥。這產(chǎn)生部分脫水的石膏，典型的是呈β晶形的半水合物的形式，其通常具有不規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)。β半水合物可通過如下用作建筑或建造材料:將其與水混合以形成含水灰墁漿料、糊料或分散體，然后使該漿料通過從含水介質(zhì)重結(jié)晶而凝固。
[0005]已知在這樣的石膏產(chǎn)品的制造中使用泡沫。由泡沫產(chǎn)生的氣泡有助于降低石膏產(chǎn)品的重量以使該產(chǎn)品的運送和處理是更加成本有效的。氣泡的大小和分布對于所生產(chǎn)的灰泥板的芯的機械性能具有影響。
[0006]泡沫通常通過利用一定量的產(chǎn)生泡沫的表面活性劑(其用水稀釋且然后與經(jīng)壓縮的空氣組合)來生產(chǎn)。然后將這種泡沫注入到通常是高剪切混合器的混合器中。
[0007]典型的泡沫產(chǎn)生器包括填充有孔隙空間受控的滲透性多孔介質(zhì)(例如多孔玻璃或陶瓷的填充珠粒)的管。然后通過將發(fā)泡劑和空氣流的共混物注入到該管中來生產(chǎn)泡沫。在這種情況下，然后通過優(yōu)化施加到該管上的背壓來控制所生產(chǎn)的泡沫的結(jié)構(gòu)。這樣的泡沫產(chǎn)生器稱為靜態(tài)泡沫產(chǎn)生器。典型的靜態(tài)泡沫產(chǎn)生器描述在US4455271中，其通過引用并入本文。
[0008]其它泡沫產(chǎn)生器包括使水與發(fā)泡劑徹底混合以生產(chǎn)泡沫的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。在一些情況下，旋轉(zhuǎn)葉片可配備有容許泡沫氣泡(foam bubble)的成核的混合室。這些通常稱為動態(tài)泡沫產(chǎn)生器。典型的動態(tài)泡沫產(chǎn)生器描述在US4057443中，其通過引用并入本文。
[0009]然而泡沫產(chǎn)生器在石膏產(chǎn)品生產(chǎn)線內(nèi)的布置和使用對泡沫結(jié)構(gòu)和最終形成石膏產(chǎn)品結(jié)構(gòu)(例如灰泥板結(jié)構(gòu))的一部分的氣泡的尺寸提供很少的控制。
[0010]W02005/080294公開了生產(chǎn)具有所添加泡沫的受控的氣泡尺寸和分布的石膏漿料的理念。其提出通過在兩個不同的空氣共混器中分離來自混合器的排出物可生成雙峰分布。然后漿料的這些分離料流可在沉積至生產(chǎn)線傳送帶上之前再組合成一種漿料混合物。W02005/080294涉及將石膏漿料用作液體以生成發(fā)泡漿料的理念。其提出在不添加水(其必然與預制泡沫一同而來)的情況下提供泡沫。然而，還是難以控制漿料內(nèi)的泡沫氣泡的大小和分布且因此在凝固灰泥板內(nèi)產(chǎn)生的氣穴(air pocket)的分布和大小。
[0011]US5484200(其通過引用并入本文)公開了使用第一混合器和與該第一混合器相比在相對低的剪切條件下操作的第二混合器。將泡沫引入第二混合器中，其減少空氣的不均勻分布和因此在成品板產(chǎn)品中的空隙。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，提供的是生產(chǎn)石膏產(chǎn)品的裝置，其包括用于將石膏與水混合的混合單元和至少兩個泡沫產(chǎn)生器，所述泡沫產(chǎn)生器各自生產(chǎn)不同的泡沫且均布置成將同時的單獨的泡沫進料提供至該混合單元中。
[0013]通過提供來自兩個不同的泡沫產(chǎn)生器的泡沫以在混合單元中與石膏和水混合，有可能獨立地改變泡沫的某些特性，從而實現(xiàn)在石膏/水/泡沫漿料中改善的性能組合。優(yōu)選地，該裝置被構(gòu)造成容許對所述至少兩個泡沫產(chǎn)生器的每一個獨立地控制泡沫產(chǎn)生過程的物理參數(shù)(例如溫度、空氣流和與泡沫的化學組成無關(guān)的其它參數(shù))。此外，所述裝置還可構(gòu)造成容許獨立地控制泡沫產(chǎn)生過程的某些化學參數(shù)(例如，表面活性劑類型和數(shù)量)。
[0014]相對于泡沫產(chǎn)生過程的化學參數(shù)的控制，泡沫產(chǎn)生過程的物理參數(shù)的控制是優(yōu)選的，因為物理參數(shù)的控制不需要改變泡沫的配方(例如，通過使用額外的添加劑或改變泡沫的不同化學成分的相對量)。此外，通過優(yōu)先于泡沫產(chǎn)生過程的化學參數(shù)來控制物理參數(shù)，有可能減少材料變化(例如雜質(zhì))對泡沫氣泡尺寸的影響。
[0015]優(yōu)選地，提供兩個泡沫產(chǎn)生器，其各自布置成生產(chǎn)具有不同的空氣體積分數(shù)的泡沫。這可例如通過如下實現(xiàn):改變空氣流入一個或兩個泡沫產(chǎn)生器的速率、或在不同的操作溫度下運行所述泡沫產(chǎn)生器。
[0016]例如，兩個泡沫產(chǎn)生器中的第一個可適配成生產(chǎn)具有在100g/l_300g/l之間，優(yōu)選200g/l-300g/l之間的密度的泡沫。這樣的泡沫典型地稱為高密度泡沫或濕泡沫。這樣的泡沫被認為是相對穩(wěn)定的，這意味著在已經(jīng)產(chǎn)生泡沫后，泡沫內(nèi)的空氣氣泡的尺寸和尺寸分布不顯著改變或發(fā)展。
[0017]泡沫產(chǎn)生器中的第二個可適配成生產(chǎn)具有在20g/l_100g/l之間，優(yōu)選30g/l-50g/l之間的密度的泡沫。這樣的泡沫典型地稱為低密度泡沫或干泡沫。這樣的泡沫被認為是相對不穩(wěn)定的，結(jié)果是在泡沫內(nèi)最初形成的氣泡易于合并，因此典型地獲得大的氣泡尺寸。由于其低的穩(wěn)定性，這樣的泡沫直至現(xiàn)在一直被認為是不適于混入到石膏漿料中，尤其是在工業(yè)規(guī)模(而不是實驗規(guī)模)的生產(chǎn)期間。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當引入到石膏漿料中的泡沫完全由低密度、不穩(wěn)定的泡沫組成時，難以實現(xiàn)均勻的重量輕的石膏產(chǎn)品。
[0018]通過向混合單元提供不同密度的泡沫，有可能實現(xiàn)對所得石膏產(chǎn)品的多孔結(jié)構(gòu)的改善的控制。例如，低密度和高密度泡沫的混合物可容許將大的孔隙引入到最終的石膏產(chǎn)品中，同時減少與僅將低密度的不穩(wěn)定泡沫混合到石膏漿料中相關(guān)的缺點。有效的是，使用兩種不同的泡沫容許高密度泡沫的穩(wěn)定性與低密度泡沫的高空氣含量組合，以便提供可易于與石膏漿料混合的泡沫，同時將高水平的孔隙率引入至所得石膏產(chǎn)品中。
[0019]而且，使用具有不同的空氣含量和密度的泡沫可提供在石膏產(chǎn)品(例如，灰泥板)內(nèi)改善的氣泡尺寸分布。特別是，據(jù)認為小氣泡(在高密度泡沫中產(chǎn)生)和大氣泡(在低密度泡沫中產(chǎn)生)的混合物可導致其中較小的孔隙填充較大的孔隙之間的間隙的石膏產(chǎn)品中的孔隙結(jié)構(gòu)，從而有可能容許石膏產(chǎn)品的總孔隙率增大。
[0020]事實上，據(jù)認為對于給定的石膏產(chǎn)品密度，通過使用高密度和低密度泡沫所實現(xiàn)的多孔網(wǎng)絡的改善可導致所得石膏產(chǎn)品的改善的機械性能。
[0021]典型地，將高密度泡沫和低密度泡沫以如下比率添加到石膏漿料混合物中:1份高密度泡沫對9份低密度泡沫，優(yōu)選2份高密度泡沫對8份低密度泡沫，更優(yōu)選3份高密度泡沫對7份低密度泡沫。
[0022]所述兩個泡沫產(chǎn)生器可均為靜態(tài)泡沫產(chǎn)生器。替代地，所述兩個泡沫產(chǎn)生器可均為動態(tài)泡沫產(chǎn)生器。作為另一種替代，所述兩個泡沫產(chǎn)生器中的一個可為靜態(tài)泡沫產(chǎn)生器，且另一個泡沫產(chǎn)生器可為動態(tài)泡沫產(chǎn)生器。
[0023]在所述兩個泡沫產(chǎn)生器中的一個或兩個為動態(tài)泡沫產(chǎn)生器的情況下，泡沫內(nèi)空氣氣泡的尺寸的變化可通過改變?nèi)~片的旋轉(zhuǎn)速度來實現(xiàn)。典型地，葉片的旋轉(zhuǎn)速度保持在1500rpm-3000rpm之間。旋轉(zhuǎn)速度越高,泡沫氣泡尺寸越小。
[0024]在所述兩個泡沫產(chǎn)生器中的一個或兩個為靜態(tài)泡沫產(chǎn)生器的情況下，泡沫內(nèi)空氣氣泡的尺寸的變化可通過改變滲透性多孔介質(zhì)內(nèi)的孔隙尺寸和/或孔隙尺寸分布(即，通過改變在例如提供滲透性多孔介質(zhì)的多孔玻璃或陶瓷內(nèi)的多孔空間網(wǎng)絡的參數(shù))來實現(xiàn)。
[0025]在所述兩個泡沫產(chǎn)生器均為動態(tài)泡沫產(chǎn)生器的情況下，所述兩個泡沫產(chǎn)生器可構(gòu)造成在不同的旋轉(zhuǎn)速度下操作。
[0026]所使用的表面活性劑典型地為在灰泥板生產(chǎn)工廠中使用的標準陰離子發(fā)泡劑，例如具有在8-12C之間的碳鏈長度的烷基醚硫酸鈉或烷基醚硫酸銨。
[0027]使用兩個以上的泡沫產(chǎn)生器可容許控制石膏產(chǎn)品內(nèi)的氣泡尺寸分布而無需改變產(chǎn)生泡沫的表面活性劑的組成。也就是說，通過泡沫產(chǎn)生過程的物理參數(shù)的改變可基本上或完全地控制注入到混合器中的用于形成石膏產(chǎn)品的泡沫的結(jié)構(gòu)。
[0028]然而，在某些情況下，兩個泡沫產(chǎn)生器中的第一個可布置成使用第一表面活性劑且兩個泡沫產(chǎn)生器中的第二個可布置成使用具有與該第一表面活性劑不同的組成的第二表面活性劑。
[0029]而且，兩個泡沫產(chǎn)生器中的第一個可使用這樣的發(fā)泡溶液，其具有比兩個泡沫產(chǎn)生器中的第二個所使用的發(fā)泡溶液高的表面活性劑濃度。例如，兩個泡沫產(chǎn)生器中的第一個可構(gòu)造成使用每IOOg灰墁0.0lg-0.1g的表面活性劑濃度，而兩個泡沫產(chǎn)生器中的第二個可構(gòu)造成使用每IOOg灰墁0.005g-0.0lg的表面活性劑濃度。
[0030]優(yōu)選地，混合單元包括第一混合器和第二混合器，該第二混合器位于第一混合器的下游，以便接收第一混合器中生產(chǎn)的石膏漿料。典型地，將第一混合器布置成接收來自兩個泡沫產(chǎn)生器中的第一個的泡沫，而將第二混合器布置成接收來自兩個泡沫產(chǎn)生器中的第二個的泡沫，將兩個泡沫產(chǎn)生器中的第二個布置成生產(chǎn)具有與兩個泡沫產(chǎn)生器中的第一個所生產(chǎn)的泡沫不同的密度的泡沫。
[0031]典型地，在提供兩個混合器的情況下，第一個即上游混合器布置成在比第二個即下游混合器高的剪切下操作。典型地，在這種情況下，提供給上游混合物的泡沫具有比提供給下游混合器的泡沫高的密度。通過僅向下游混合器(其在比上游混合器低的剪切速率下操作)供應低密度的不穩(wěn)定泡沫，有可能減少對不穩(wěn)定的低密度泡沫的結(jié)構(gòu)的損壞，使得低密度泡沫的大氣泡保留在石膏漿料內(nèi)，導致最終石膏產(chǎn)品中大的孔隙。
[0032]替代地，可將兩個泡沫產(chǎn)生器中的每一個所產(chǎn)生的泡沫直接供應到第二個即下游混合器中，而無需經(jīng)過第一個即上游混合器。在這種情況下也有可能減少對低密度的不穩(wěn)定泡沫的損壞，使得增加了在低密度泡沫內(nèi)的大氣泡被保留的概率。
[0033]而且，根據(jù)本發(fā)明，提供的是生產(chǎn)石膏產(chǎn)品的方法，其中在混合單元內(nèi)將煅燒石膏與水混合，并且將至少兩個不同的泡沫進料同時引入到該混合單元中，第一泡沫進料包括與第二泡沫進料相比不同的空氣體積分數(shù)。
[0034]優(yōu)選地，生產(chǎn)石膏產(chǎn)品的方法包括:將所述石膏與水在兩個混合器中進行混合，該兩個混合器提供所述混合單元，各混合器同時提供有泡沫進料，該泡沫進料包括不同氣泡尺寸分布的泡沫。
[0035]現(xiàn)在將參照以下【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的某些特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明的一個實施方案的示意圖。
[0037]圖2是本發(fā)明的另一個實施方案的示意圖
[0038]圖3是本發(fā)明的另一個實施方案的示意圖。
[0039]圖4是本發(fā)明的另一個實施方案的示意圖。
[0040]圖5是實施例1的試樣的石膏拋光截面的掃描電子顯微照片。
[0041]圖6是比較例I的試樣的石膏拋光截面的掃描電子顯微照片
[0042]圖7是比較例2的試樣的石膏拋光截面的掃描電子顯微照片。
[0043]圖8是比較例3的試樣的石膏拋光截面的掃描電子顯微照片。
[0044]圖9是示出比較例4的結(jié)果的圖。
[0045]現(xiàn)在將僅示例性地參照附圖更詳細地描述本發(fā)明。
[0046]參照圖1，石膏產(chǎn)品制造工藝總體示于10處。石膏產(chǎn)品制造工藝用在灰泥板的制造中，且包括混合器12，將干石膏粉從源14經(jīng)由導管16輸送到該混合器12中。
[0047]將水經(jīng)由另一導管18輸送到混合器12中。
[0048]將兩個泡沫產(chǎn)生器20和22布置成提供兩個單獨的泡沫輸入24、26，所述兩個單獨的泡沫輸入在經(jīng)由泡沫進料導管28進料到所述混合器中之前組合。在圖1中所示的實施方案中，泡沫產(chǎn)生器20和22以及它們各自的進料導管24和26彼此平行地定位。
[0049]在操作中，粉狀石膏或石膏灰泥通過導管16連續(xù)地供應，且水通過其導管18提供。將水和石膏徹底混合在一起。泡沫產(chǎn)生器20和22產(chǎn)生的泡沫經(jīng)由它們各自的導管24和26混合在一起，以提供一個“經(jīng)混合的”泡沫進料28。然后將該經(jīng)混合的泡沫進料28引導到混合器12中。
[0050]替代地，可將兩個泡沫產(chǎn)生器所產(chǎn)生的泡沫料流分開注入到漿料混合器中，各泡沫料流在各自的注入點處注入。圖2示出了這樣的布置，其中泡沫產(chǎn)生器20a和22a產(chǎn)生分開注入到混合器12a中而未預先混合在一起的泡沫料流。
[0051]當在石膏產(chǎn)品制造過程內(nèi)需要添加劑和其它成分時(通常就是這樣)，它們可在任何階段通過專門設(shè)置的入口加入。
[0052]參照圖3，石膏板制造工藝總體示于110處。在本發(fā)明的這種實施方案中，提供兩個混合器112和113?；旌掀?12和113兩者同時產(chǎn)生經(jīng)發(fā)泡的石膏漿料。然而，與第二混合器113相比，第一混合器112可優(yōu)選為相對高的剪切。將由混合器112產(chǎn)生的石膏混合物經(jīng)由導管(未示出)進料到第二混合器113中。
[0053]在泡沫產(chǎn)生器120和122中產(chǎn)生平行的泡沫料流。將該泡沫料流混合并注入到第二(低剪切混合器)113中。[0054]高剪切混合器112提供高反應性的漿料，而低剪切混合器113容許在避免對泡沫結(jié)構(gòu)的損壞的同時將泡沫并入該混合器中。
[0055]替代地，一個泡沫產(chǎn)生器可產(chǎn)生注入到上游混合器中的泡沫料流，而另一個泡沫產(chǎn)生器可產(chǎn)生注入到下游混合器中的泡沫料流。這樣的布置示于圖4中，其中泡沫產(chǎn)生器120a產(chǎn)生注入到高剪切混合器112a中的泡沫料流，而泡沫產(chǎn)生器122a產(chǎn)生注入到低剪切混合器113a(其在高剪切混合器112a的下游)中的泡沫料流。
[0056]典型地，注入到高剪切混合器112a中的泡沫料流具有比注入到低剪切混合器113a中的泡沫料流小的氣泡尺寸。因此,可降低對較不穩(wěn)定的泡沫(即，具有較大的氣泡尺寸的泡沫料流)的損壞。
[0057]還可向混合器12、12a、112、113、112a、113a中加入許多其它添加劑，其沒有在本文中討論或說明，但卻是本領(lǐng)域中公知的添加劑。這樣的添加劑可包括緩凝劑(retarder)、加速劑、纖維材料和淀粉。各自均將在混合過程中的指定階段經(jīng)由合適的導管輸送。
[0058]實施例1
[0059]使用下列組成制備用于測量抗拔釘性(nail pull resistance)和壓縮強度的樣品:
[0060]表1
[0061]
【權(quán)利要求】
1.根據(jù)本發(fā)明提供的是生產(chǎn)石膏產(chǎn)品的裝置，其包括具有至少一個混合器和至少兩個泡沫產(chǎn)生器的生產(chǎn)線，所述混合器用于混合石膏和水，所述泡沫產(chǎn)生器各自產(chǎn)生不同的泡沫且均被布置成向所述生產(chǎn)線中提供同時的、單獨的泡沫進料，其中所述裝置被構(gòu)造成容許對所述至少兩個泡沫產(chǎn)生器的每一個獨立地控制泡沫產(chǎn)生過程的至少一個物理參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的生產(chǎn)石膏產(chǎn)品的裝置，其中所述至少一個物理參數(shù)是泡沫產(chǎn)生溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的生產(chǎn)石膏產(chǎn)品的裝置，其中所述至少一個物理參數(shù)是空氣流入速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的生產(chǎn)石膏產(chǎn)品的裝置，其中所述泡沫產(chǎn)生器中的至少一個是動態(tài)泡沫產(chǎn)生器，和所述至少一個物理參數(shù)是所述動態(tài)泡沫產(chǎn)生器的旋轉(zhuǎn)速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的生產(chǎn)石膏產(chǎn)品的裝置，其中所述泡沫產(chǎn)生器中的至少一個是靜態(tài)泡沫產(chǎn)生器，該靜態(tài)泡沫產(chǎn)生器包括多孔填料介質(zhì)，所述至少一個物理參數(shù)是該多孔填料介質(zhì)的孔隙尺寸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的生產(chǎn)石膏產(chǎn)品的裝置，其中所述兩個泡沫產(chǎn)生器被布置成生產(chǎn)在不同氣泡尺寸分布內(nèi)的氣泡尺寸。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述泡沫產(chǎn)生器中的至少一個被布置成使用第一表面活性劑，且至少一個其它的泡沫產(chǎn)生器被布置成使用第二表面活性劑，所述第一表面活性劑具有比所述第二表面活性劑高的濃度。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中提供至少兩個混合器，所述兩個混合器包括第一混合器和安置在該第一混合器下游以接收在該第一混合器中生產(chǎn)的石膏漿料的第二混合器，所述第一混合器被布置成接收來自第一泡沫產(chǎn)生器的泡沫，且所述第二混合器被布置成接收來自第二泡沫產(chǎn)生器的泡沫，所述第一和第二泡沫包括不同的氣泡尺寸分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述第一泡沫產(chǎn)生器被布置成生產(chǎn)與由第二泡沫產(chǎn)生器生產(chǎn)的氣泡相比具有較小尺寸分布的氣泡。
10.根據(jù)本發(fā)明還提供的是生產(chǎn)石膏產(chǎn)品的方法，其中將煅燒石膏與水混合，并將至少兩個不同的泡沫進料同時引入到石膏和水的混合物中，所述第一泡沫進料與所述第二泡沫進料相比包括不同的氣泡分布， 其中所述第一泡沫進料是在第一泡沫產(chǎn)生過程中產(chǎn)生的且所述第二泡沫是在第二泡沫產(chǎn)生過程中產(chǎn)生的，所述第一泡沫產(chǎn)生過程的至少一個物理參數(shù)是獨立于所述第二泡沫產(chǎn)生過程受到控制的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述方法包括將煅燒石膏與水在兩個混合器中混合，各混合器同時提供有泡沫進料，該泡沫進料包括不同氣泡尺寸分布的泡沫。
【文檔編號】B28C5/38GK103596736SQ201280027384
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月8日
【發(fā)明者】H.加菲爾 申請人:圣-戈貝恩普拉科公司