用于石膏墻板制造的表面活性劑組合物的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請
[0002] 本申請要求2013年4月17日提交的美國臨時(shí)申請No. 61/813,044的優(yōu)先權(quán)，將 其內(nèi)容全部引入作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本技術(shù)總體上涉及石膏墻板的制造，并且更具體地，涉及用于產(chǎn)生在制造石膏墻 板的過程中使用的泡沫的改進(jìn)的表面活性劑組合物。
【背景技術(shù)】
[0004] 在石膏板的生產(chǎn)中，將主要由燒石膏組成的含水芯（core)漿料鋪展在兩張紙、紙 板或無機(jī)纖維之間，并且容許所得芯通過燒石膏（灰泥）的再水合而固化，之后通過將該石 膏板在干燥器中加熱而趕走過量的水。為了降低石膏芯的密度，該行業(yè)中的通常實(shí)踐是將 空氣泡引入到所述芯中。這通常通過如下而實(shí)現(xiàn)：將預(yù)先產(chǎn)生的泡沫與其它添加劑一起添 加至石膏芯漿料混合器，之后立即形成芯。該泡沫通常通過將空氣引入到泡沫發(fā)生器中的 發(fā)泡劑（foamingagent)水溶液中而產(chǎn)生。
[0005] 石膏板行業(yè)中的主導(dǎo)趨勢是設(shè)法實(shí)現(xiàn)更輕質(zhì)且更堅(jiān)固的石膏墻板。為了實(shí)現(xiàn)更 輕質(zhì)，必須俘獲更多的空氣。很多年以來，石膏板行業(yè)使用烷基醚硫酸鹽作為石膏板的制 造中的發(fā)泡劑。近來，該行業(yè)已經(jīng)轉(zhuǎn)向使用對于烷基部分具有特定的碳鏈長度和每摩爾烷 基部分具有特別量的亞乙基氧、或者兩者的組合的烷基醚硫酸鹽（US4156615、US5085929、 和US5116671)。新近，該行業(yè)已經(jīng)考慮將烷基醚硫酸鹽與烷基硫酸鹽共混（US5643510 和US6706128)、以及使用烷基硫酸鹽作為獨(dú)立應(yīng)用的（standalone)起泡劑（foamer) (US7033431、US7220373、和EP1328485)來實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)墻板，其可通過所述墻板降低的運(yùn)輸成 本、以及降低的灰泥需求而提供經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。此外，更輕質(zhì)墻板可通過減少所需要的水量，從 而最少化使所述墻板干燥所需要的能量而提供能量節(jié)約。
[0006] 期望提供可實(shí)現(xiàn)更輕質(zhì)墻板、改進(jìn)的石膏芯結(jié)構(gòu)、改進(jìn)的石膏墻板強(qiáng)度、和減少的 水和灰泥需求的新型發(fā)泡劑或發(fā)泡劑共混物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在第一方面中，本技術(shù)提供燒石膏組合物，其包括與燒石膏和水組合的發(fā)泡劑組 合物，所述發(fā)泡劑組合物包括至少一種甜菜堿。在進(jìn)一步的方面中，本技術(shù)提供燒石膏組合 物，其包括與燒石膏和水組合的發(fā)泡劑組合物，所述發(fā)泡劑組合物包括至少一種甜菜堿和 選自烷基硫酸鹽和烷基醚硫酸鹽的至少一種表面活性劑。
[0008] 在另一方面中，本技術(shù)提供制造發(fā)泡的燒石膏組合物的方法，其包括：
[0009] 將發(fā)泡劑組合物與水以及空氣混合以產(chǎn)生泡沫，所述發(fā)泡劑組合物包括任選地與 選自烷基硫酸鹽和烷基醚硫酸鹽的至少一種表面活性劑組合的至少一種甜菜堿；
[0010] 將所述泡沫引入到包括燒石膏和水并且任選地包括分散劑、緩凝劑（retarder) 和促凝劑（accelerator)的燒石膏楽:料中，以產(chǎn)生發(fā)泡的燒石膏楽;料。
【附圖說明】
[0011] 圖1為在兩分鐘標(biāo)志處的泡沫穩(wěn)定性排液（排放，排泄，drainage)試驗(yàn)結(jié)果的圖 示說明。
[0012] 圖2為對于不同共混比率的兩種類型的甜菜堿，使用泡沫半衰期（半壽命， half-life)試驗(yàn)的泡沫體積的圖示說明。
[0013] 圖3為對于甜菜堿和支化的烷基硫酸鹽的共混物，使用泡沫半衰期試驗(yàn)的泡沫體 積的圖不說明。
[0014] 圖4為對于甜菜堿和烷基醚硫酸鹽的共混物，使用泡沫半衰期試驗(yàn)的泡沫體積的 圖示說明。
[0015] 圖5為對于不同共混比率的甜菜堿和烷基硫酸鹽，使用泡沫半衰期試驗(yàn)的泡沫體 積的圖不說明。
[0016] 圖6為對于不同共混比率的兩種類型的甜菜堿，使用泡沫半衰期試驗(yàn)的以秒計(jì)的 泡沫半衰期的圖示說明。
[0017] 圖7為對于甜菜堿和支化的烷基硫酸鹽的共混物，使用泡沫半衰期試驗(yàn)的以秒計(jì) 的泡沫半衰期的圖示說明。
[0018] 圖8為對于甜菜堿和烷基醚硫酸鹽的共混物，使用泡沫半衰期試驗(yàn)的以秒計(jì)的泡 沫半衰期的圖示說明。
[0019] 圖9為對于不同共混比率的甜菜堿和烷基硫酸鹽，使用泡沫半衰期試驗(yàn)的以秒計(jì) 的泡沫半衰期的圖示說明。
[0020] 圖10為對于甜菜堿和支化的烷基硫酸鹽的共混物，實(shí)施例5坍落物（坍落，滑塌 物，slump)分散性結(jié)果的圖示說明。
[0021] 圖11為對于甜菜堿和烷基醚硫酸鹽的共混物，實(shí)施例5坍落物分散性結(jié)果的圖示 說明。
[0022] 圖12為對于不同共混比率的甜菜堿和烷基硫酸鹽，實(shí)施例5坍落物分散性結(jié)果的 圖示說明。
[0023]圖13為對于甜菜堿和支化的烷基硫酸鹽共混物的坍落物的芯分析（包括對于單 獨(dú)組分坍落物的芯分析）的氣泡直徑百分?jǐn)?shù)頻率分布的圖示說明。
[0024] 圖14為對于甜菜堿和烷基硫酸鹽共混物的坍落物的芯分析（包括對于單獨(dú)組分 坍落物的芯分析）的氣泡直徑百分?jǐn)?shù)頻率分布的圖示說明。
[0025] 圖15為對于甜菜堿和烷基醚硫酸鹽共混物的坍落物的芯分析（包括對于單獨(dú)組 分坍落物的芯分析）的氣泡直徑百分?jǐn)?shù)頻率分布的圖示說明。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 本技術(shù)提供在石膏板的制造中作為發(fā)泡劑組合物使用的新型表面活性劑或者表 面活性劑共混物。所述表面活性劑或表面活性劑共混物可用于產(chǎn)生可與各種各樣的石膏板 組合物和制造工藝一道使用的泡沫。所述表面活性劑為至少一種甜菜堿，其可單獨(dú)地或者 作為甜菜堿的混合物使用。所述至少一種甜菜堿也可與至少一種另外的表面活性劑組合使 用以形成表面活性劑共混物。在一種實(shí)施方式中，所述表面活性劑共混物包括至少一種甜 菜堿和選自烷基硫酸鹽和烷基醚硫酸鹽的至少一種表面活性劑。還考慮與至少一種甜菜堿 組合的烷基硫酸鹽和烷基醚硫酸鹽的共混物。進(jìn)一步考慮的是，所述發(fā)泡劑組合物可包括 與商業(yè)發(fā)泡劑組合的至少一種甜菜堿。
[0027] 所述甜菜堿表面活性劑可由下式表示：
[0028] COO- I
[0029] 或者
[0030]
[0031] 其中札為C6_C4。烷基，各R2基團(tuán)典型地為C「C3烷基、優(yōu)選甲基，R'為C「C5烷基、 羥基烷基、烷氧基化的烷基、或其組合，和私為C6 -C22烷基。所述甜采喊可為純的化合物， 或者替代地，可為不同甜菜堿的混合物，例如包括式I的甜菜堿和式II的甜菜堿的混合物。 所述甜菜堿也可為具有不同烷基鏈長（例如c6-cs分布、Cfj-Q。分布、C6-C12分布、Cf^-Ci。分 布、cs-c12分布、cs-c14分布、cs-c16分布、c1()-c12分布、c1()-c14分布、c1()-c16分布、c1()-cls分布、 Ci2_C14分布、c12-c16分布、c12-cls分布、c14-c16分布、c14-cls分布、c14-c2。分布、c14-c22分布、 c16-cls分布、c16-c2。分布、或者c16-c22分布）的甜菜堿的混合物或共混物。合適的甜菜堿的 實(shí)例包括椰油酰氨基丙基甜菜堿、月桂酰氨基丙基甜菜堿、和辛酰/癸酰氨基丙基甜菜堿。 在一種實(shí)施方式中，所述甜菜堿為椰油酰氨基丙基甜菜堿，其可從Stepan Company以商品 名AMPHOSOL?CG-50商購得到并且由下式表示：
[0032]
[0033] 其中R3衍生自椰子油。在另一實(shí)施方式中，所述甜菜堿為辛酸/癸酸酰氨基丙基 甜菜堿，其可從St印an Company以商品名AMPHOSOL?810-B商購得到并且由下式表 示：
[0034]
[0035] 其中R3衍生自辛酸/癸酸甲酯。
[0036] 所述烷基硫酸鹽表面活性劑可由通式1表示：
[0037] Rx0S03 M+
[0038] 其中R表示具有平均x個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烴，和M+表示能夠產(chǎn)生水溶性表面 活性劑的陽離子。產(chǎn)生水溶性表面活性劑的陽離子的典型實(shí)例包括鈉、鉀、鎂、銨、和其有機(jī) 衍生物例如單乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述陽離子為鈉 或銨。X對于純的化合物為整數(shù)和對于具有不同的X值的化合物的混合物為非整數(shù)（平均 值）。通常，X將在6和16之間。在一種實(shí)施方式中，所述烷基硫酸鹽為十二烷基硫酸鈉， 其可從St印anCompany以商品名POLYSTEP?B-25商購得到。在另一實(shí)施方式中，所 述烷基硫酸鹽為2-乙基-己基硫酸鈉，其可從St印anCompany以商品名STEPAN0L? EHS商購得到。所述烷基硫酸鹽也可為具有不同烷基鏈長的烷基硫酸鹽的共混物。典型地， 所述烷基硫酸鹽是通過將相應(yīng)的醇硫酸化而獲得的。
[0039] 所述烷基醚硫酸鹽表面活性劑可由下式表示：
[0040] Rx (0CH2CH2) y0S03 M+
[0041] 其中R表示具有平均x個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烴，y表示相對于每摩爾R而言亞 乙基氧的平均摩爾數(shù)，和M+表示能夠產(chǎn)生水溶性表面活性劑的陽離子。產(chǎn)生水溶性表面活 性劑的陽離子的典型實(shí)例包括鈉、鉀、鎂、銨、和其有機(jī)衍生物例如單乙醇胺、二乙醇胺或三 乙醇胺。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述陽離子為鈉或銨。X和y兩者對于純的化合物為 整數(shù)并且對于具有不同的X和y值的化合物的混合物為非整數(shù)（平均值）。通常，X將在6 和16之間，并且y將在0. 01和12之間。
[0042] 作為單一發(fā)泡劑的甜菜堿的量可在0. 01%和100%重量之間。當(dāng)所述甜菜堿以與 烷基