1、姚恒昌1第十三章石膏板添加料1. 介绍石膏板的基本原料是石膏、水和护面纸。包括各种其他材料;有些是为了降低制造成本，有些是为了提高或保持板材的质量，还有一些是为特殊类型的板材赋予特殊的附加质量。石膏板的主要材料成本为（随市场的价格变动而有差异）：护面纸 51%石膏 36%淀粉 4%其它 9%可用于石膏板厂浆体的添加剂包括:- 促凝剂 缓凝剂 淀粉 玻璃纤维 纸浆 木质素磺酸盐 泡沫 硅油 瓜儿豆胶 乳化石蜡 硅粉姚恒昌22. 脱水, 瓦解和水合 生产石膏和石膏板的过程围绕着一个简单的可逆化学反应:CaSO4.2H2O CaSO4.H2O + 1H2O二水硫酸钙 半水硫酸钙 + 水石膏 熟石膏粉
2、 + 水2.1 脱水石膏转化成熟石膏粉的过程是一个脱水过程，称为煅烧，在其他部分也有介绍，但是在这个阶段也要对脱水过程的效果有所了解。除了伴随脱水而来的化学变化，还有物理变化，这些变化对我们的脱水过程的后期有着深远的影响。这些物理变化是由于结合水体积的损失而引起的收缩。石膏的重量约为 21%，体积约为 50%。在石膏结构中，水分子与硫酸钙分子以平面的形式交替。在半水合物脱水过程中，占据水平面的四分之三的水分流失，石膏颗粒无法改变尺寸以适应体积损失，导致硫酸钙平面出现裂缝。硫酸钙平面的表面进一步出现裂缝(类似于干燥泥浆中出现的六角形裂缝) 。这些裂缝的数量、大小和方向与煅烧过程中存在的温度和压力
3、条件有关，具有明显的“指纹”形状，即温度和压力是影响裂缝类型的主要因素。姚恒昌3裂纹模式对煅烧问题的诊断有一定的指导意义，但其主要作用是由于石膏颗粒在掺混过程中出现崩解现象，其对水需求量和水化速度的影响。此外，还有一些次要因素会影响裂纹模式发展的性质。这些包括: 石膏纯度 研磨 (粒径分布) 能源的输入 煅烧炉的类型 (类型, 大小, 产量) 可溶性盐类前 4 个次要因素会影响脱水速率，因此，当主要温度和压力因素定义的裂纹模式形成时，随着脱水速率的变化，裂纹模式可以从数量增加或减少的位点开始。这反过来又会导致或多或少的裂缝，干扰裂缝系统等。可溶性盐也会影响脱水速度，但是以更基本的方式。在许多天
4、然石膏中发现的某些盐类，如氯化物，可以改变原煅烧条件(特别是在分批煅烧过程中，大于 0.007%的氯离子水平可以显著降低煅烧温度)。这些盐还会导致煅烧炉内的湿度升高，甚至会在煅烧石膏颗粒表面形成非常短暂的水分膜。这可以在不同程度上导致裂缝的“愈合”。姚恒昌42.2 瓦解当石膏加入水中，当水进入主要裂缝，如沿着原来的水平面，石膏颗粒会立即破裂。随着混合能量的增加，或混合时间的延长，崩解过程继续进行，半水合物颗粒沿着越来越细的裂缝分裂，通过崩解过程在浆体中产生越来越细的颗粒。熟石膏粉崩解的可能性越大，其需水量( 需水量)就越高。这是因为随着颗粒的变小，比表面积增大，需要更多的水来充分润滑表面。石膏
5、在新鲜时最容易崩解。当暴露在大气水蒸气中时，裂隙系统开始“ 愈合 ”，裂解势和需水量都在逐渐减少。这个过程被称为“老化”。虽然老化过程降低了石膏的需水量(从而降低了干燥成本) ，但也会导致石膏凝结时间的改变和强度发展的减少。随着石膏老化，最初的凝结时间延长，然后缩短。姚恒昌52.3 水合Solubility of Calcium Sulphate phases0123456780 25 50 75 100 125 150 175Temperature (C)Solubility(g/l)HemihydrateGypsum2.3.1 水合过程半水石膏在 100 摄氏度以下的溶解度远大于石膏，在
6、50 摄氏度以下的溶解度(即板材厂浆体的正常温度 )，这种差异更加明显。这意味着水在溶液中所含半水合物的重量要大于石膏。熟石膏与水混合时，半水合物迅速溶解，形成石膏过饱和的饱和溶液。然后石膏开始沉积，从成核点开始生长，成核点可能是细小的石膏颗粒或作为种子的杂质。石膏晶体以铅笔形棱柱状生长，比宽度或深度长 15 倍。姚恒昌6当石膏结晶时，除非石膏颗粒溶解掉更多的半水合物，否则浆体对半水合物的饱和程度就会降低。因此，更多的半水合物溶解成石膏沉积，因此结晶过程一直持续到石膏完全水化，即直到所有的半水合物都转化成石膏晶体.2.3.2 影响水合率的因素水化反应的速度受到许多因素的影响，包括:- 温度 水
7、化速率随着温度的升高而下降，当温度超过 60 摄氏度时水化速率就会停止，因此在进入干燥器之前没有完成的水化将会有效地丧失。温度也会影响晶体的大小和形状。 总的比表面积 比表面积越大，半水合物表面的溶解度越快。 水量 水用量越低，半水合物在溶液中的含量就越低，但这通常不是一个实际的考虑因素，因为板材制造中使用的水量相对较高。 可溶性盐 许多盐能影响半水合物或石膏的溶解度，并能改变水化速度。盐也会影响晶体的大小和形状(参见后面关于硫酸钾作为促进剂的讨论)。 晶种数量 晶种数量越多，石膏从溶液中析出的速度就越快，因此水化的速度也就越快。2.3.3 水合的影响虽然水化过程正在发生，一些影响是明显的:
8、浆体变硬，然后逐渐变硬，形成一个固定的质量。姚恒昌7 温度的升高 固定质量的膨胀2.3.3.1 凝结时间石膏晶体从晶种点向四面八方生长，形成“球体”(像卷起的刺猬) ，逐渐开始相互接触。随着这个过程的继续，水化质量从流动的泥浆变成逐渐硬化的固体。整块实心(如板芯)由针状晶体联锁而成. 在随后的干燥过程中，剩余的饱和石膏溶液将其石膏放置在这些交叉点，并将结构“粘接”在一起，形成一个非常坚固的干燥体。在水化过程的不同阶段，可以对硬度进行任意定义。这可以通过维卡仪设备精确地完成，以确定初始和最终的凝结时间。另一种不太精确的测量，因人而异，是每个人都熟悉的拇指法或成型带定位。姚恒昌8在拇指法或维卡仪的
9、终凝时间，水化过程仅完成 40% - 60%。Effect of ageing on setting times0246810120 20 40Ageing time (days)Setting time (mins) Low humidityHigh humidity前面描述的影响水化速率的因素也会影响凝结时间。除这些因素外，熟石膏粉存放时间也会影响凝结时间，尤其是在高湿度条件下。在老化过程中，石膏凝固时间先延长后缩短。熟石膏的最终强度主要由添加的再水化石膏含量决定： 纯度 石膏最初有多少 煅烧效率 在低效煅烧过程中，石膏损失了多少 石膏芯密度 在板芯中加入了多少石膏 水合效率 在这个过程中
10、，由于水化作用不充分，石膏损失了 多少许多次要因素可以显著影响强度和凝结时间:- 自由水 水很容易从大气中吸收，只要有 1%的游离水分，干石膏的强度就会降低 60% 水合速度 水合作用越快，强度越大，虽然这种作用很小。老化的、因而崩解可能性较低的石膏粉显示出这种效果;它们的总水合时间慢，尽管凝结时间快。 水合作用的特性 大多数水合作用是通过前面描述的结晶过程进行的，但也有一些水合作用可以通过“拓扑结构” 反应进行。在姚恒昌9这里，半水合物颗粒不会进入溶液，而是重新吸收水分，在原地转化为石膏。这通常影响大颗粒石膏在老化的石膏粉。 晶体尺寸和形状 一般来说，晶体越小、越像针，其强度就越大。这是因为
11、存在的晶体越多，晶体接触点的数量就越大，因此强度也就越大。然而，有可能有太多的晶体太小，导致强度下降，这将在后面描述(见种子促凝剂)。最佳晶体形状约为 15:1，最佳长度约为 15 微米。 石膏浆温度 一般来说，降低料浆温度可以得到更小的晶体和更大的强度。 可溶性盐 这可能导致石膏晶体形状和大小的变化。那些可用于石膏板制造的促凝剂会造成强度损失，我们将在后面介绍(见盐促凝剂)。姚恒昌102.3.3.2 温度上升当煅烧(脱水) 过程中能量被吸收时，在水化过程中能量被释放，使水化体在凝固过程中温度升高。这种放热反应称为温升设置temperature rise set (TRS)。051015202
12、505101520Plot shwing Tempratue Ris Set and sociated DiferntialTRSTempratue Ris (c)Time fro ixng (mis) 02Diferntial Rate ofTmperatu Change (c/min)该反应可用于跟踪水化过程，其方式与硬化速率相同，并且浆体温度随时间的变化由嵌在浆体样品中的热电偶监控，热电偶保存在热绝缘盒中( 如聚苯乙烯)。但是，应当指出，温度的上升是重新水化过程的结果，而不是凝固过程的结果。将半水合物再水合回到石膏中而不形成一套是可能的(见第 3.3 节) 。2.3.3.3 膨胀在煅烧过
13、程中，石膏颗粒随着结晶水从硫酸钙层间析出而收缩。水合作用伴随着体积增加或“凝结膨胀”，导致成型带上的板材宽度和长度“ 增大 ”。随着凝结膨胀的进行，凝结的石膏块在其表面形成一个吸力，因为空气被吸入，以弥补体积的增加。在制板过程中，这种吸力对湿式粘结剂的发展起着重要作用。姚恒昌113. 促凝剂在石膏工业中，有必要通过适当使用可溶性盐或种子促进剂来控制水化速率和/或石膏晶体生长速率来控制产品的凝结时间。该蛋白质缓凝剂，角蛋白，被纳入底层石膏粉和石灰活化酒石酸和石膏种子促凝剂的组合，以提供逐渐凝固的特点，在石膏结束时。石膏板行业最常见的促进剂形式是种子促进剂，它为石膏晶体的生长提供成核位点，促进所需
14、的快速浆体凝结和水化特性。理想的石膏板工厂促凝剂需要石膏、水等助剂在搅拌机中充分混合，板材在凝结带上正确成型后才能发挥作用。然后它会迅速形成许多针状石膏晶体。地面石膏与新暴露的表面是一个非常强大的促凝剂和更强大的是更精细的地面。它的效力随着年龄的增长和新暴露石膏表面的愈合而减弱。姚恒昌123.1 早期促凝剂最早的板材工厂使用新鲜的石膏作为促凝剂，并从那里发展到使用“地面固定块” 。后一种促凝剂是由石膏/水泥浆块铸造而成，通常约为 600 毫米300 毫米100 毫米。一旦它们凝固，就会在专门的干燥室中干燥，并储存到需要的时候。当设备需要石膏块时，将石膏块放置在倾斜的床上，使石膏块压在变速砂轮上
15、，变速砂轮逐渐磨碎新鲜石膏表面，并将石膏块分配到板材设备搅拌机中。事实证明，这种促凝剂的效力非常不稳定，部分原因是人们倾向于在石块完全干燥之前使用它们。湿石膏会使砂轮失效，减少产生的促凝剂数量，并导致热的积累，从而导致部分煅烧和失效。另一种早期的促凝剂叫做微絮凝剂，它是由石膏和水在研磨机上混合而成。石膏和水被连续地喂入一个小管磨的一端，当水合作用发生时，石膏晶体被磨成一种非常细磨的石膏浆。然后将这些浆料直接送入板材厂的搅拌机。整个过程极其嘈杂、混乱(密封泄漏)且缺乏灵活性，新一代促凝剂应运而生。早期促凝剂的主要缺点是，它们立即有效，并导致在混合器中和在板形成完成之前水化。这类促凝剂的典型温升集
16、曲线为:-3540455055TRSTemperature rise set curveTime (mins)Temp(C)3.2 现代促凝剂姚恒昌13大多数现代石膏板厂促凝剂都是种子型的，使用的是新磨的石膏，石膏表面覆盖了一层材料，以防止新表面的老化和愈合。最早的一种是 HRA(耐热加速器 )，由石膏和糖一起磨管制成3.2.1 促凝剂在 20 世纪 60 年代末/ 70 年代初，USG 为新型促凝剂申请了专利，该促凝剂在袋装石膏中实现了凝固时间稳定性，甚至在石膏袋装并随后在高温下储存时也是如此。这些促凝剂是由球磨地面石膏和 5%到 25%的糖在 60 摄氏度左右的温度下制造的，直到比表面积达
17、到约 1000 平方米/ 千克。然后在 100 到 120 摄氏度的浅托盘上加热 24 小时，部分煅烧得到的材料。研究表明，随着石膏颗粒磨得越来越细，砂糖在磨矿过程中部分包裹在石膏颗粒表面，在第二阶段起着抑制煅烧的作用。虽然该促凝剂最初是为行业的袋装石膏面开发的，但在板材工厂进行了测试，发现表面涂层有显著的副作用，即延迟释放。虽然使用大量未涂布的新磨石膏会导致搅拌机过早水化，但涂布的促凝剂似乎直到石膏混合物与水接触几秒钟后才发挥作用。温升凝结时间曲线显示，初始放热很少，随后温度急剧上升，最终凝结时间往往与之前相似253035404550MicroflocHRA温 度 上 升 曲 线然而，由于晶
18、体被压缩到更短的时间内，晶体倾向于以更喜欢的针状形状生长，从而提高了石膏芯强度。姚恒昌14A BA . 使用微絮凝剂生长的片状晶体 B . 用 HRA 生长针状晶体3.2.2 GMS 和 GMNHRA 表现出的延迟释放效应允许工厂使用足够数量的促进剂，以确保在切刀处有足够的凝结/水化，同时避免在形成过程完成之前在混合器中或板材中过早水化。第一个专为板材厂使用提供延迟释放的促凝剂是 GMS，它是用少量(0.5 到 2%)金属硬脂酸钙 (通常是硬脂酸钙)磨管石膏矿物制成的。理想的研磨方法是将混合物研磨到 800 平方米/ 公斤左右的比表面积，但是如果没有伴随的温度升高导致部分煅烧，通常很难实现这种
19、研磨GMS 在石膏中成功地作为板材工厂的促凝剂使用了一段时间，通常使用早期袋装石膏生产中多余的管脚。然而，随着板材工厂的速度增加，对 GMS 的需求超过了生产能力，因此有必要投资于额外的资本设备，或寻找另一种更有效的促凝剂。答案是 GMN，一种涂有表面活性剂 Nansa 的矿物，它是一种比 GMS 更有效的促凝剂，一夜之间促凝剂的生产能力几乎翻了一番HRA 通常由 3.2%的糖制成，研磨到 600 到 800 平方米/公斤的特定表面积。3.2.3 可溶性盐促凝剂最常用的可溶性盐促进剂是硫酸钾(K2SO4)，俗称钾肥。姚恒昌15为了从石膏胶结物的含量中实现最大的潜在强度，它必须充分再水合物和形成
20、最佳的针状晶体。在干燥温度升高导致再水化停止之前，任何半水合物都不能转化为石膏，这对结晶结构的形成没有任何作用，因此对石膏芯强度没有任何贡献。同样的，任何石膏晶体，只要不是针状的，就不会产生最大的石膏芯强度。在再水化速率较慢的情况下，可能是由于所使用矿物的性质或由于过程中的问题，有时需要使用碳酸钾以便及时完成再水化。许多专家认为，钾肥的使用是最后的手段，因为它经常伴随着核心力量的显著下降( 降幅高达 15%)。这在很大程度上是一个“权衡”的问题，一方面是完成水化的好处，另一方面是生产更少、大得多的石膏晶体的缺点，石膏晶体的加固交叉点更少，因此产生的石膏芯强度更低。然而，在某些情况下，使用碳酸钾
21、形成的更大的板状晶体可能是有益的(参见稍后的防潮产品) 。姚恒昌163.2.4 其它可溶性盐促凝剂许多可溶性化学物质可以改变石膏的水化和凝结行为，这些主要的组如下所示： 所有的无机酸都是促凝剂大多数有机酸是缓凝剂大多数氯化物是促凝剂或中性的大多数硝酸盐是促凝剂氢氧根是缓凝剂大多数硫酸盐和重硫酸盐都是促凝剂所有磷酸盐都是缓凝剂所有碳酸盐和碳酸氢盐都是缓凝剂尽管许多无机酸起着促进作用，但只有很少一部分被用于商业用途，其成本和效力是决定因素。硫酸钾(钾盐) 是石膏板生产中最常用的可溶性盐促进剂，尽管硫酸铵已知在过去曾使用过。虽然硫酸钾具有非常强大的促进作用，确保石膏板板芯的充分水化，但这种盐(和其他
22、盐促进剂一样)也会导致石膏晶体习性的改变，产生更少、更大的晶体。在高掺量的情况下(0.5% w:w 石膏) ，可使石膏芯抗压强度降低 10%至 15%甚至更多。因此，硫酸钾通常只在低添加率下使用，并与受保护的种子促凝剂一起使用。通常使用双加速剂是为了达到碳酸钾所提供的全部水化强度，而不是在石膏芯中有任何未转化的半水合物，这可能是在快速移动的板材生产线上单独使用种子促凝剂的结果双促凝剂系统的添加速率通常由生产线速度决定，但通常为0.5%种子加速器+ 0.1%硫酸钾(w:w 石膏 )。3.3 促凝剂使用率为了获得良好的凝结时间和水化特性，种子促凝剂的添加速率因生产线而异，由线速度决定，但通常在 0
23、.5% 作用（石膏）可以使用超过最佳的种子促凝剂用量，从而延长凝结时间，降低板芯在刀区和干燥状态下的抗压强度;尽管随着种子添加量的增加，水化率保持不变甚至增加。种子促凝剂的过度使用会导致切刀处湿粘接和软板性能差，导致粘接差和机械强度降低的干板。在这种情姚恒昌17况下，只要简单地降低促凝剂进给速度，就能恢复良好的浆料和板材特性。上述影响是由于浆体被过多的成核位点所淹没造成的;所有人都在争夺结晶石膏。这导致凝结核由大量非常短的石膏晶体组成，由此造成的强度降低远远超过了“胶结”晶体交叉点数量增加所带来的强度增加。3.4 其它过程的影响除加速剂外，还有一些过程效应本身影响水化速率或缩短凝结时间: 降低
24、石膏/水比可缩短凝结时间:石膏晶体啮合发生得更早，因为混合料的密度增加，起始点之间的距离缩短。尽管在石膏和水比降低的情况下水化率略有降低，但仍会出现这种效果。 浆体温度的升高缩短了凝结时间(在实际的 20C - 40C 范围内)，这是由于越来越大的石膏晶体的形成，相互啮合的速度越来越快，以及在这个温度范围内半水合物水化速率的增加。再一次，较大的晶体导致抗压强度降低，这超过了较低的促凝剂要求所带来的任何好处。石膏瓦解增加导致水化率增加，这是由于半水合物颗粒的表面积增加，从而允许更高的溶解率。姚恒昌184. 缓凝剂缓凝剂主要用于建筑石膏，其中蛋白质缓凝剂角蛋白与底层石膏结合，使用石灰活化酒石酸(A
25、egrit)和石膏或 HRA 种子促进剂的组合，为最终的石膏粉提供必要的缓凝特性。石膏工业中最常见的两种缓凝剂是基于天然有机酸(如酒石酸、柠檬酸) 和基于蛋白质(如角蛋白) 的缓凝剂。而迟钝的力学过程的不完全理解,相信有机酸的缓凝剂的作用机理是通过抑制增长的石膏晶体饱和溶液而蛋白质的情况下“营” 的石膏晶体防止在更短的时间越来越长,导致更短和更慢比其他情况下。它们还可以降低半水合物在混合水中的溶解速度。角蛋白由动物制品(蹄和角)制成，而缓凝剂 P，用于一种或两种石膏板工厂的缓凝剂是由人造蛋白制成的蛋白质缓凝剂。磷酸盐和许多糖类也是强力缓凝剂(因此，用一些合成石膏制作石膏板以及使用一些含糖量很高
26、的木质素磺酸盐时也会遇到问题)。凝结/水化过程也可能迟钝的过程因素包括用水量(水本身就是一种缓凝剂)、料浆温度(半水化合物溶于温水比在寒冷的, 所以补液下降的速度随着温度上升)和潜在的粒子的衰变 (瓦解容易将进入溶解更快) 。姚恒昌195. 淀粉在石膏板的制作过程中，石膏芯与护面纸之间形成了两种不同的粘结剂，即湿粘结剂和干粘结剂。我们之前已经看到，湿粘结是由细小的石膏晶体生长到纸里的湿内层，并随着石膏芯膨胀时吸力的发展而形成的。这种湿粘结在干燥过程中被干粘结取代，干粘结的建立通常需要淀粉的存在。淀粉是碳、氢、氧的化合物，是碳水化合物中的一种。它是谷类食品和一些蔬菜食品的重要组成部分。大麦, 玉
27、米, 稻, 木薯这些是淀粉的主要来源和原料，即淀粉玉米淀粉, 木薯淀粉但也有例外，比如甘薯的提取物淀粉。工业上的一些主要用途是:-转化为糖，然后转化为酒精生产的粘合剂淀粉的两种主要成分是直链淀粉。10%)和支链淀粉 (90%)，前者在干燥过程中通过胶凝作用，受干燥热的影响，迁移到石膏板的纸/ 芯界面。姚恒昌205.1 淀粉加工的过程在板材湿端，干粉淀粉与石膏/水成浆后紧密混合，均匀分布在板材的整个石膏芯。当板材沿着成型带前进时，就会形成本文前面所述的湿粘结，但淀粉对这种粘结的形成绝对没有作用。然而，一旦板材进入烘干机，石膏芯的水开始升温，淀粉的温度就会升高，直到达到“凝固温度”(通常为 70
28、至 80 摄氏度) 。这时淀粉凝胶在水中部分溶解:淀粉稠化顺序然后，当水移动到界面蒸发时，淀粉就被带到了界面上(其他可溶性物质如盐也是如此)。在石膏芯和纸张的界面，水开始蒸发，并在这个区域沉积淀粉。随着蒸发的继续，淀粉的迁移也在继续，直到它在界面上集中，而不是均匀地分布在整个石膏芯。 它在界面上的存在以两种方式帮助干粘结的形成: 当石膏板沿成型带向下移动，石膏芯开始凝固时，许多细小的针状石膏晶体就会在石膏芯内生长，从石膏芯内粘结纸张的厚度( 纸张被石膏芯内的饱和石膏溶液浸湿) 。当淀粉在界面上浓缩时，就会在这些晶体上形成一层薄膜。离开板芯内核的水必须经过淀粉层，淀粉层吸收水分，然后缓慢地释放水
29、分，从而保护这些细小的晶体在干燥温度升高时不被煅烧。 淀粉的另一个作用是作为粘合剂，即简单地将核心粘在纸衬里。姚恒昌21可以认为，无论板材厚度如何，淀粉添加率对所有板材都应该是相同的，因为其有效性是基于表面积而不是石膏芯体积。但是因为水则需要更长的时间(以及淀粉)迁移从中心厚板的核心, 而不是薄的板, 随着板厚度的增加有必要增加淀粉添加率 ,以确保足量的淀粉到达接口之前的板受到干燥温度越高。姚恒昌22目前的标准增长率是（随着技术的提高用量有大幅的降低）: 7.5 mm 板 2.27 kg/100 m2 9.5 mm 板 3.18 kg/100 m2 12.5 mm 板 3.78 kg/100
30、m2 15.0 mm 板 4.54 kg/100 m2 19.0 mm 板 5.75 kg/100 m2使用天然石膏的工厂经常会遇到可溶性盐含量升高/或变化的情况，这降低了煅烧的温度，并导致在干燥机燃烧。在这种情况下，经常需要根据可溶性盐水平的变化而改变淀粉的添加速率。所有板材工厂的淀粉都应该按照确保它们适合我们的目的的规格来购买。然而，在大多数情况下，我们倾向于依靠最初的实验室测试，然后是实际的工厂内测试来确定某一种淀粉是否有效，然后使用供应商( 相当模糊的)规范来提供质量控制。适用于石膏板生产的淀粉可能具有以下性质： 这将是一种低沸点、酸改性的玉米淀粉，具有确定的可用性、稠度和纯度。 可溶
31、于热水，均匀分散于浆体冷水中，达到凝固点后逐渐进入溶液。 它的凝固点在 70 80 c 之间，在这个温度下，它将形成一种轻至中等粘度的流体。5.2 在石膏板中测试淀粉的存在配制的浆液中没有淀粉，导致没有干粘结，其特征是纸张从芯面剥离干净。淀粉对湿粘结的发展没有影响。当淀粉与棕碘迅速反应，呈现紫色时，在芯板表面滴一滴碘溶液就可以很容易地证明淀粉的存在姚恒昌23姚恒昌246. 减水剂石膏板生产过程中发生的基本化学反应是:CaSO4.H2O + 1H2O = CaSO4.2H2O由此可以计算出，对于每 145 份半水合物，我们需要 27 份水才能实现石膏的完全水化。在实际操作中，在板材上加水比这多得
32、多是很有必要的，这样才能保证浆体的流动性，从而使我们能够正确地形成板材的形状。例如，在 72%的水膏比中，我们加入的水大约是化学计量所需要的水的四倍。这些额外的水的基本成本相对较小，但通过干燥过程除去这些水的成本是巨大的。此外，在许多工厂，干燥机的容量是限制生产速度的因素。因此，使用减水剂可以从降低干燥成本或提高生产速度中获得重大好处。用于使我们在较低水量下达到所需流动性的添加剂是木质素磺酸盐( 木浆工业的天然副产品)或合成萘磺酸盐。许多早期的木质素磺酸盐，可以作为棕色的溶液或喷雾干燥的细棕色粉末。它们以 0.02 到 0.5%的速率加入到石膏板的浆体中，根据石膏的重量，在这些速率下，通常可以
33、使水的用量降低 10%。木质素磺酸盐是一种有效的分散剂，人们认为，木质素磺酸盐分子附着在单个浆体颗粒上，从而给它们带负电荷。类似的带电粒子是相互排斥的，因此团聚体被破坏或阻止形成。颗粒团聚体对液体流动具有阻力，如果没有团聚体，则大大增加了混合料的流动性，从而减少了使浆体能够正常流动所需的水量。早期的木质素磺酸盐都能显著降低水用量，但这一优势被它们延缓石膏浆凝固的趋势抵消了。石膏板生产需要其他没有产生缓凝作用的木质素磺酸盐。在水泥和混凝土工业中，作为减水剂的几种超级增塑剂已经发展了多年，其中一些已被证明适用于石膏工业。它们比木质磺酸盐贵得多，但似乎能够在使用木质磺酸盐的基础上进一步降低用水量。有
34、一种是由木质素磺酸盐和萘磷酸酯超级增塑剂混合而成，木质素磺酸盐先将初始的水分还原，然后再将其余部分加入其中。这种木质素磺酸盐和超级增塑剂的混合物是一种有效的方法，可以在控制成本的情况下大幅度降低用水量。姚恒昌25使用这些材料可以减少 5%到 10%的蒸发负荷，这既可以转化为生产率的提高，而干燥能力是一个限制因素，也可以转化为干燥成本的降低。应该记住的是，当用水量降低时，必须通过增加泡沫来弥补板芯体积的损失，这可能会对原材料成本和石膏板芯体质量造成不利影响。姚恒昌267. 泡沫可以看出，石膏板中使用的浆体主要由石膏粉和水组成，但也有相当数量的空气，其中一部分来自泡沫，一部分在进入搅拌器时夹杂在石
35、膏浆中。如果我们要做的板没有任何空气在石膏浆中，那么我们的板重量将不得不显着增加或我们的生产线速度降低。从最早的石膏板制作开始，泡沫就被添加到板料浆中，原因如下： 为了达到所需的流动性，石膏板浆通常含有三到四倍的水，在水化过程中会发生化学复合。通过用空气代替一些多余的水，蒸发负荷(以及由此产生的干燥成本)可能会显著降低。 由于石膏板厂的线速度经常受到干燥能力的限制，因此减少的蒸发负荷可以转化为提高速度 生产无泡沫石膏板所需要的石膏重量远远超过达到良好机械性能所需要的重量。用泡沫代替一些石膏，可以节省运输和搬运费用以及石膏费用。 通过使用泡沫体积来调整和保持浆体体积，可以更好地控制板材重量和蒸发
36、负荷。我们可以计算了解对板的影响,这样的计算表明, 在 74%用水量 9.5毫米板的干重是 1039 公斤/ 100 平方米(相比之下, 可能与空气 670公斤/ 100 平方米)和 12.5 毫米板将重 1373 公斤/ 100 平方米( 约860)。为了达到更正常的板材重量，水用量必须增加到 140%左右，如果干燥能力限制在每小时 20 吨，那么对于 9.5 毫米板材，生产线速度必须降低到 45 米 /分钟，对于 12.5 毫米板材，生产线速度必须降低到 33 米/分钟。可见，石膏板芯中加入泡沫对石膏板的重量和生产速度都有深远的影响。Calculation of dry board wei
37、ghts without airBoard caliper (mm) 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5Paper caliper (mm) 0.285 0.285 0.285 0.285 0.285Core vol. (m3 per 100m2) 0.893 0.893 0.893 0.893 0.893Water gauge (%) 74 80 100 120 136.7Composition of slurryhemihydrate 100 100 100 100 100water 74 80 100 120 136.7Composition of set coregypsum (w
38、t.) 118.6 118.6 118.6 118.6 118.6water (wt.) 55.38 61.38 81.38 101.4 118.1姚恒昌27gypsum (vol.%) 48.01 45.45 38.59 33.53 30.22water (vol.%) 51.99 54.55 61.41 66.47 69.78For 100m2 of dry boardWt of gypsum (kg) 994.6 941.5 799.4 694.6 626Wt of liner (kg) 44 44 44 44 44Wt of board (kg) 1039 985.5 843.4 73
39、8.6 670Water evaporated (kg) 464.3 487.2 548.4 593.6 623.2Dryer capacity (tph) 20 20 20 20 20Maximum belt speed (m/min) 59.83 57.02 50.65 46.79 44.58Similar calculations for 12.5mm board yield:-Calculation of dry board weights without airBoard caliper (mm) 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5Paper caliper (mm)
40、0.285 0.285 0.285 0.285 0.285Core vol. (m3 per 100m2) 1.193 1.193 1.193 1.193 1.193Water gauge (%) 74 80 100 120 141Composition of slurryhemihydrate 100 100 100 100 100water 74 80 100 120 141Composition of set coregypsum (wt.) 118.6 118.6 118.6 118.6 118.6water (wt.) 55.38 61.38 81.38 101.4 122.4gyp
41、sum (vol.%) 48.01 45.45 38.59 33.53 29.47water (vol.%) 51.99 54.55 61.41 66.47 70.53For 100m2 of dry boardWt of gypsum (kg) 1329 1258 1068 927.9 815.6Wt of liner (kg) 44 44 44 44 44Wt of board (kg) 1373 1302 1112 971.9 859.6Water evaporated (kg) 620.3 650.8 732.7 793 841.4Dryer capacity (tph) 20 20
42、20 20 20Maximum belt speed (m/min) 44.78 42.68 37.91 35.03 33.01空气以泡沫的形式进入石膏板芯，泡沫是用发泡剂、水和压缩空气在单独的发泡机中产生的。发泡剂与水混合可以产生 0.75 - 1.5%强度(体积 )的溶液。泡沫密度因工厂而异，但一般在 60 至 120 克/升。稀释后的发泡剂溶液与压缩空气一起进入泡沫发生器，空气与表面活性剂溶液剧烈混合产生泡沫。下面的示意图剖面图显示了发泡机的固定内壳，它带有同心圆的齿( 定子)，以及中央转子，它也有同心圆的齿通过定子之间。将稀释的表面活性剂溶液和压缩空气注入发泡剂的中轴，强迫其向外运动，
43、然后再回到泡沫排出的另一侧的中心。姚恒昌28AIRSOAPLUTIONFOAMSTAORROTRSOLUTION ILETAIR INLETFOAM OUTLE尽管后者在平衡压力和流量方面存在操作问题，但还是经常使用多个发泡机，或串联或并行使用。然而，在石膏板制造中使用泡沫也有消极的一面。干石膏板的板芯基本上是由空气包围的相互连接的石膏晶体组成。这些空气部分来自泡沫( 以及进入搅拌器时用石膏夹带的空气) ，部分来自干燥过程中从板芯部取出的水被空气替代。这两种空间的比值称为Vb/Vm 比值研究表明,在给定板重量，板芯强度的 Vb / Vm 比率上升,如我们放入更多的空气，较弱的将是最终的石膏浆,
44、 如果我们希望做一个重量轻板强度不至于恶化，然后我们需要更换石膏与水而不是空气。姚恒昌29Compresiv Strength vsWater Gauge4.14.2.3454.6.74.87867437217069% GaugeN/m2 0.8.50.9.51.05151.2Vb/m RatioCopresivstrngthb/VmLinear(Compsivestrgth)120109087065043.3.54.04.55.0Compresiv Strength /MPa Water Guge姚恒昌30下图为研发公司扫描电镜下石膏板芯。气泡的大小和比例(Vb)可以看到从页面的左到右增加
45、Core structre vs Vb/m ratioVb/m = 2.7 020406080101201401601802020601030507090200400600800100300500Void Area /m2Frequency 010203040506070809010Cumlative %Vb/m=1.4010203040506020601030507090200400600800100300500Void Area /m2Frequency 010203040506070809010Cumlative %Vb/m = 4 0204060801012014016020601030507090200400600800100300500Void Area /m2Frequency 010203040506070809010Cumlative %
