紙面石膏板生產(chǎn)過(guò)程中外加劑的相互影響

沈榮熹等

前言

紙面石膏板（以下均譯為“石膏板”）的產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)工藝的改進(jìn)均需要重新周密考慮其裝備及工藝流程，其中某些裝備的升級(jí)能立即見(jiàn)效。例如，新建或改建干燥設(shè)備可使能耗降低25%，增加原料使用的靈活性，并提高產(chǎn)品的強(qiáng)度。再如，改進(jìn)料漿的冷卻系統(tǒng)有助于獲得更均質(zhì)的產(chǎn)品并加速其凝固。用太陽(yáng)能作能源，不僅可降低能耗，還可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的可持續(xù)性。

對(duì)石膏板生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控是同樣重要的，因?yàn)樾枰尤攵喾N外加劑在較窄的可控范圍內(nèi)調(diào)控工藝參數(shù)。幾乎在所有的石膏板生產(chǎn)工廠(chǎng)中都使用的最重要的外加劑是分散劑[在原文中有時(shí)又稱(chēng)之為“流化劑” ，譯文中均譯為“分散劑” -譯者注]與泡沫劑。這兩種外加劑會(huì)相互影響，同時(shí)也會(huì)與其它外加劑有相互影響。為使石膏板生產(chǎn)線(xiàn)能保持最高的生產(chǎn)率，必須慎重選用外加劑。

1 工藝要求

石膏板生產(chǎn)過(guò)程中板芯是由簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)形成的：熟石膏（即“半水硫酸鈣”，CaSO4·1/2）與水拌合后即按其溶解度常數(shù)溶解于水中，比半水石膏溶解度小的二水石膏則由溶液中析出而形成相互穿插的結(jié)晶體網(wǎng)絡(luò)，并在凝固后提供強(qiáng)度。上述過(guò)程可在圖1中看出，圖中X點(diǎn)標(biāo)志溶解/析出過(guò)程中溶液的濃度，此點(diǎn)對(duì)半水石膏是不飽和的，而對(duì)二水石膏則是過(guò)飽和的。

在石膏板生產(chǎn)過(guò)程中，有許多對(duì)工藝控制十分嚴(yán)格的技術(shù)要求，諸如：

與水拌合后，石膏的凝固應(yīng)在3min到4min內(nèi)完成，在攪拌機(jī)內(nèi)不出現(xiàn)閃凝現(xiàn)象；

必須保證石膏板芯與護(hù)面紙的牢固粘結(jié)；

石膏板的力學(xué)性能（包括抗折強(qiáng)度與徐變）必須符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，應(yīng)防止出現(xiàn)脆性的邊緣；

在保證石膏板力學(xué)性能的前提下，應(yīng)盡可能降低板的自重；

石膏板的孔隙率既要保證板在干燥機(jī)內(nèi)可快速而又均勻地被烘干，又不致過(guò)度干燥。

為了完全滿(mǎn)足上述的要求，就需要在石膏板生產(chǎn)過(guò)程中使用多種外加劑。每一種外加劑既有其自身的作用，但又會(huì)與其它外加劑有相互影響，因而使工藝控制十分復(fù)雜，為此必須通過(guò)事先試驗(yàn)掌握好調(diào)控技術(shù)。以下作者提供使石膏板工藝過(guò)程能達(dá)到優(yōu)化的通用導(dǎo)則。

2 分散劑

根據(jù)化學(xué)計(jì)算，半水石膏完全水化成二水石膏的需水量，按水與半水石膏的重量比（水膏比w/p）為0.19。但是，在制造石膏板時(shí)為使流動(dòng)性好的石膏料漿能均勻地填充到頂層與底層的護(hù)面紙之間，必須使用更高的需水量，一般情況下w/p要達(dá)到0.7。石膏板芯凝固后，其中剩余的水分則在干燥過(guò)程中蒸發(fā)，因而在板芯中留下孔隙。這些孔隙的存在是合適的，因有助于降低板的重量，此種多余的水分應(yīng)視為對(duì)石膏板的質(zhì)量是無(wú)害的。

現(xiàn)代化的石膏板生產(chǎn)線(xiàn)的運(yùn)行速度一般為100 m/min，據(jù)此，蒸發(fā)板芯中所含有的500 kg/min左右的水必須消耗1200Mj/min以上的熱量。通常在保持石膏料漿流動(dòng)性的前提下，降低其需水量對(duì)生產(chǎn)廠(chǎng)有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，由此不難理解為何在石膏板生產(chǎn)過(guò)程中要加入分散劑。但是，w/p不應(yīng)降低至一定的限值，通常此限值大致為0.55-0.60，否則會(huì)導(dǎo)致板芯凝固的延緩。這是因?yàn)榘胨嗟乃且环艧岱磻?yīng)，料漿溫度隨w/p的下降而升高。圖2顯示100%的β型半水石膏的水膏比對(duì)料漿溫度的影響。此種半水石膏料漿是用二水石膏煅燒后降溫至80℃，再與15℃的水混合制成的。

由圖3可知，料漿溫度的升高可導(dǎo)致半水石膏與二水石膏溶解度差值的降低，從而降低了二水石膏析出的驅(qū)動(dòng)力，并延緩了石膏漿體的凝固。一個(gè)較好的冷卻系統(tǒng)，即使使用較少的水量就可降低料漿溫度，并可體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還可使水化后的半水石膏獲得較好的相組成，具有較少的石膏殘?jiān)翱扇苄詿o(wú)水石膏。

3 分散劑與促凝劑的相互影響

因加入分散劑而使料漿的w/p的下降幅度過(guò)大，導(dǎo)致料漿的緩凝，原則上可通過(guò)加入鉀堿即K2SO4來(lái)彌補(bǔ)。因?yàn)殁泬A可增加半水石膏與二水石膏溶解度的差值。但若在料漿中加入過(guò)量的堿金屬離子將會(huì)削弱石膏板芯與護(hù)面紙的粘結(jié)。

此外，改變半水石膏與二水石膏溶解度差值會(huì)影響所析出的二水石晶體的尺度，因?yàn)樘岣呔Ш说男纬伤俣龋山档途w的尺度，反之也然。改變晶體的尺度，可導(dǎo)致石膏板力學(xué)性能和出現(xiàn)脆性邊緣的傾向發(fā)生變化，同時(shí)也會(huì)影響石膏板芯與護(hù)面紙的粘結(jié)。

4 分散劑與泡沫劑的相互影響

加入分散劑降低料漿的w/p值，可制得孔隙率較低的石膏板，但由于增加了板單位面積石膏的用量，因而增加了板的重量及成本。為此，必須在攪拌機(jī)內(nèi)加入泡沫來(lái)彌補(bǔ)。

當(dāng)板芯中多余的水分使孔隙率難于調(diào)控時(shí)，通過(guò)控制由泡沫導(dǎo)入的孔隙的尺度及其分布，具有技術(shù)上的優(yōu)越性。為此，對(duì)分散劑的基本要求是它不應(yīng)影響泡沫劑，既不會(huì)抑制泡沫，又不致增多泡沫，否則將難以保證工藝控制的穩(wěn)定性。

5 用聚萘磺酸鈣作分散劑

在生產(chǎn)石膏板時(shí)，為使分散劑對(duì)泡沫劑無(wú)影響，宜選用聚萘磺酸鈣（Ca-NSF）作分散劑。該分散劑具有下列的優(yōu)點(diǎn)：

對(duì)所析出的二水石膏晶體的形狀與尺度影響較?。?/p>

減水效果較好；

不干擾泡沫的形成；

不影響堿金屬離子的含量，并對(duì)石膏板芯與護(hù)面紙的粘結(jié)無(wú)不良影響。

雖然有些分散劑的分散效果比Ca-NSF更好，但不利于工藝控制，因?yàn)檫@些分散劑的減水率太大，會(huì)導(dǎo)致石膏漿體的緩凝，其理由如前所述。同時(shí)這些分散劑還會(huì)與泡沫劑起作用而導(dǎo)致料漿密度的不均衡性。

此外

6 分散劑對(duì)環(huán)境的影響

Ca-NSF的使用曾受到監(jiān)控，因在其縮聚過(guò)程中會(huì)剩余少量（100～300ppm）的游離甲醛。國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)將甲醛歸屬為“己知的人體致癌物”，而歐共體則將甲醛歸屬為“尚無(wú)充分證據(jù)的可能致癌物”。歐盟對(duì)它的危害性的評(píng)定是“吸入、與皮膚接觸或吞食則有毒性，致癌的論據(jù)尚不足，與皮膚接觸可引起過(guò)敏”。

世界衛(wèi)生組織曾建議空氣中甲醛的含量不宜超過(guò)100μg/m3（30min的平均數(shù)）。歐盟通過(guò)在世界范圍內(nèi)所收集的信息的匯總，則認(rèn)為“當(dāng)空氣中甲醛的含量為30μg/m3，未觀(guān)察到有不良反應(yīng)”。

室內(nèi)空氣中甲醛的含量通常高于室外。根據(jù)澳大利亞NICNAS所提供的數(shù)據(jù)，由于建筑材料釋放甲醛以及室內(nèi)有限的通風(fēng)條件，室內(nèi)空氣中甲醛的含量最高可達(dá)室外空氣中甲醛的含量的16倍。根據(jù)英國(guó)資料所得出的房屋的使用期與室內(nèi)空氣中甲醛含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖5所示（依據(jù)英國(guó)建筑研究院環(huán)保專(zhuān)家所測(cè)得的建筑材料對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響）。

某些建筑材料有可能是室內(nèi)空氣中甲醛的散發(fā)源，尤其是粘結(jié)劑、刨花板與中密度纖維板，而石膏板所散發(fā)的甲醛是較少的。圖6是根據(jù)歐洲建筑業(yè)聯(lián)合會(huì)所制定的方案，由INDOOTRON對(duì)一30m2的房間內(nèi)幾種建筑材料的甲醛散發(fā)量的測(cè)定結(jié)果。

為防止石膏板生產(chǎn)線(xiàn)的工作環(huán)境中或已安裝石膏板的建筑物中，因石膏板芯中所含分散劑釋放甲醛可能對(duì)室內(nèi)環(huán)境引起的污染，可使用新開(kāi)發(fā)的Ca-NSF，即Fluplast 40，此種分散劑不含有可檢測(cè)出的游離甲醛。

7 泡沫劑

為制得易于加工、便于安裝的輕質(zhì)石膏板，需要在攪拌機(jī)中加入泡沫劑。當(dāng)加入分散劑降低料漿的w/p值時(shí)，為補(bǔ)償因用水量的減少而導(dǎo)致石膏板體積密度的增大，必須增加板芯中泡沫的含量。

在石膏板中，空氣占有70%以上的容積，為保持板的強(qiáng)度并使泡沫在板芯中均勻分布，必須慎重選擇泡沫的尺度與分布，尤其是不允許有泡沫聚集在護(hù)面紙下，否則會(huì)削弱板芯與護(hù)面紙的粘結(jié)，甚至導(dǎo)致二者的分離。

在石膏板生產(chǎn)過(guò)程中，泡沫的生成及其在石膏料漿中的分布是很關(guān)鍵的。泡沫是在一發(fā)生器中，使加入于水中的表面活性劑溶液與壓縮空氣相攪拌而生成的。所生成的泡沫被送入柱銷(xiāo)式攪拌機(jī)的石膏料漿中。連接泡沫發(fā)生器與柱銷(xiāo)式攪拌機(jī)的管道的長(zhǎng)度與直徑也是很重要的，可起著泡沫助發(fā)劑的作用。

由于下列原因使得該操作的控制會(huì)相當(dāng)困難：首先，泡沫是一種失衡的材料，會(huì)排出水分，變得粗大，其次，因泡沫膜層的破裂而使泡沫相互接合。

圖7（a）顯示最初空氣含量φ=0.95的試驗(yàn)性泡沫，其半徑隨時(shí)間而增大的趨向。圖7（b）顯示此種泡沫在不同高度的脫水情況。

泡沫的性質(zhì)取決于氣體的含量φ，加入石膏料漿中的泡沫的φ值一般在0.92左右，這些泡沫已接近干燥極限。雖然這些泡沫是由空氣與表面活性物質(zhì)所生成的，但具有很多不尋常的性能，例如存在屈服應(yīng)力。通常屈服應(yīng)力僅與固體物質(zhì)有關(guān)連。

泡沫的屈服應(yīng)力取決于氣體含量、表面張力與尺度，并隨泡沫的發(fā)展而變化。此屈服應(yīng)力，或按廣義來(lái)說(shuō)是泡沫的流變性，必須與石膏料漿的水膏比有合適的匹配來(lái)保證泡沫能均勻地分布在石膏料漿中，不致出現(xiàn)泡沫的剪切纏繞以及泡沫與料漿的分離。圖8顯示在泡沫與料漿混合過(guò)程中所發(fā)生的泡沫剪切纏繞。

泡沫的尺度分布，泡沫的密度與表面張力和石膏料漿的粘度之間存在著高度的非線(xiàn)性關(guān)系，因而要求采用一種比精細(xì)化學(xué)更高的調(diào)控技術(shù)。如果為了降低能耗與生產(chǎn)成本，在表面活性劑溶液中使用可控制泡沫剪切應(yīng)力的分子量高的聚合物，并加有可形成薄膜的聚合物以促進(jìn)石膏板芯干燥時(shí)，這種情況會(huì)顯得更加復(fù)雜。

為此，在分散劑與泡沫劑的選用上，應(yīng)使二者匹配得當(dāng)，否則因缺少對(duì)許多相互影響因素的了解而發(fā)生的任何變化，有可能導(dǎo)致難以預(yù)測(cè)的后果。

另一方面，正確選定可相互匹配的分散劑與泡沫劑，對(duì)節(jié)能與節(jié)材均起很大作用，因?yàn)榭蓽p少蒸發(fā)水的用量，使多孔的石膏板易于烘干，并可生產(chǎn)出質(zhì)量較輕的石膏板，并使石膏用量可減少12%。

為達(dá)到在石膏板中因存在泡沫而帶來(lái)的上述效益，必須正確控制好泡沫尺度的分布，為此通常均使用復(fù)合的表面活性劑，這樣在石膏板芯中既可存在很多小泡沫，又有較少量的分離的大泡沫。雖然這些大泡沫的數(shù)量不多，卻占有較大的體積份額，從而使石膏板有可能在不影響其力學(xué)性能的前提下降低體積密度。

8 泡沫劑與防水劑的相互影響

關(guān)于使用泡沫劑的最后應(yīng)關(guān)注的是，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過(guò)含有非離子型聚乙二醇的表面活性劑（例如，烷基乙醚磺酸鹽）[此為泡沫劑-譯者注]與聚甲基含氫硅氧烷（PMHS）[此為防水劑-譯者注]之間存在不相容性。若二者同時(shí)使用，在板坯的干燥階段，護(hù)面紙下會(huì)出現(xiàn)大的空氣泡，這會(huì)阻礙板的輸送，甚至于還會(huì)因而停機(jī)。

盡管至今還未完全弄清這種不相容性，看來(lái)很可能是由于表面活性劑與PMHS發(fā)生反應(yīng)生成氫氣所致。這種反應(yīng)并不發(fā)生于最初的石膏料漿中，而是延緩到石膏板凝固并接近干燥線(xiàn)的終點(diǎn)時(shí)，由于產(chǎn)生氣體而在護(hù)面紙下形成氣泡。

9 減輕徐變的外加劑

在石膏板使用過(guò)程中應(yīng)有較好的尺寸穩(wěn)定性。在某些使用條件下，尤其是在高溫度與高濕度的環(huán)境中，石膏板會(huì)在其自重作用下發(fā)生永久性的變形。為部分地克服這一問(wèn)題，防止板的下垂或起穹，可在石膏料漿中加入少量硼酸，其摻量約為熟石膏量的0.1%。硼酸在石膏料漿中可促進(jìn)大體積二水石膏晶體的生成，而不致生成長(zhǎng)的針狀晶體。

大體積二水石膏晶體可使石膏板具有較好的剛性。當(dāng)有泡沫存在時(shí)，通過(guò)硼酸與淀粉的相互作用，還有助于增進(jìn)板芯與護(hù)面紙的粘結(jié)。

在石膏料漿中加入含有亞磷酸的外加劑，例如，三甲基磷酸鈉（STMP）或六亞甲基-二胺-四亞甲基-磷酸（HMDTMP），可對(duì)提高石膏板的強(qiáng)度和減少徐變起重要作用。這些外加劑也可通過(guò)改變石膏板芯的結(jié)構(gòu)與泡沫劑發(fā)生作用。通常在使用這些外加劑時(shí)，應(yīng)減少泡沫劑的用量。這些外加劑的作用在于減緩二水石膏晶體的可溶性，尤其是減緩二水石膏晶體在壓力影響下的可溶性，因而顯著減少了石膏板的徐變傾向。

10 結(jié)論

在石膏板的生產(chǎn)過(guò)程中使用了多種不同的外加劑以滿(mǎn)足現(xiàn)代化裝備的高生產(chǎn)率，并使制品在強(qiáng)度、體積密度與使用環(huán)境的適應(yīng)性等方面符合要求。同時(shí)，通過(guò)使用外加劑生產(chǎn)線(xiàn)應(yīng)在任何場(chǎng)合，均應(yīng)達(dá)到高能效與高材質(zhì)。

每一種外加劑均有各自的作用，但必然也會(huì)對(duì)其它的外加劑和工藝過(guò)程發(fā)生影響，這是因?yàn)槿魏我环N加入于料漿中的化合物均會(huì)影響二水石膏的結(jié)晶。

二水石膏晶體的析出速度及其形狀與尺度均是會(huì)有變化的，從而影響到生產(chǎn)過(guò)程與產(chǎn)品性能。此外，所選用的外加劑對(duì)石膏板生產(chǎn)環(huán)境與室內(nèi)使用環(huán)境的適應(yīng)性也是必須考慮的前提。

由于上述的這些復(fù)雜性，有時(shí)還會(huì)有互相抵觸的要求，為此所選用的各種外加劑必須是相容的。改變一種外加劑往往會(huì)對(duì)石膏板的生產(chǎn)過(guò)程和最終的產(chǎn)品帶來(lái)難以預(yù)期的后果。

（譯自“global gypsum” 2012年11月）

世界衛(wèi)生組織曾建議空氣中甲醛的含量不宜超過(guò)100μg/m3（30min的平均數(shù)）。歐盟通過(guò)在世界范圍內(nèi)所收集的信息的匯總，則認(rèn)為“當(dāng)空氣中甲醛的含量為30μg/m3，未觀(guān)察到有不良反應(yīng)”。

室內(nèi)空氣中甲醛的含量通常高于室外。根據(jù)澳大利亞NICNAS所提供的數(shù)據(jù)，由于建筑材料釋放甲醛以及室內(nèi)有限的通風(fēng)條件，室內(nèi)空氣中甲醛的含量最高可達(dá)室外空氣中甲醛的含量的16倍。根據(jù)英國(guó)資料所得出的房屋的使用期與室內(nèi)空氣中甲醛含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖5所示（依據(jù)英國(guó)建筑研究院環(huán)保專(zhuān)家所測(cè)得的建筑材料對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響）。

某些建筑材料有可能是室內(nèi)空氣中甲醛的散發(fā)源，尤其是粘結(jié)劑、刨花板與中密度纖維板，而石膏板所散發(fā)的甲醛是較少的。圖6是根據(jù)歐洲建筑業(yè)聯(lián)合會(huì)所制定的方案，由INDOOTRON對(duì)一30m2的房間內(nèi)幾種建筑材料的甲醛散發(fā)量的測(cè)定結(jié)果。

為防止石膏板生產(chǎn)線(xiàn)的工作環(huán)境中或已安裝石膏板的建筑物中，因石膏板芯中所含分散劑釋放甲醛可能對(duì)室內(nèi)環(huán)境引起的污染，可使用新開(kāi)發(fā)的Ca-NSF，即Fluplast 40，此種分散劑不含有可檢測(cè)出的游離甲醛。

7 泡沫劑

為制得易于加工、便于安裝的輕質(zhì)石膏板，需要在攪拌機(jī)中加入泡沫劑。當(dāng)加入分散劑降低料漿的w/p值時(shí)，為補(bǔ)償因用水量的減少而導(dǎo)致石膏板體積密度的增大，必須增加板芯中泡沫的含量。

在石膏板中，空氣占有70%以上的容積，為保持板的強(qiáng)度并使泡沫在板芯中均勻分布，必須慎重選擇泡沫的尺度與分布，尤其是不允許有泡沫聚集在護(hù)面紙下，否則會(huì)削弱板芯與護(hù)面紙的粘結(jié)，甚至導(dǎo)致二者的分離。

在石膏板生產(chǎn)過(guò)程中，泡沫的生成及其在石膏料漿中的分布是很關(guān)鍵的。泡沫是在一發(fā)生器中，使加入于水中的表面活性劑溶液與壓縮空氣相攪拌而生成的。所生成的泡沫被送入柱銷(xiāo)式攪拌機(jī)的石膏料漿中。連接泡沫發(fā)生器與柱銷(xiāo)式攪拌機(jī)的管道的長(zhǎng)度與直徑也是很重要的，可起著泡沫助發(fā)劑的作用。

由于下列原因使得該操作的控制會(huì)相當(dāng)困難：首先，泡沫是一種失衡的材料，會(huì)排出水分，變得粗大，其次，因泡沫膜層的破裂而使泡沫相互接合。

圖7（a）顯示最初空氣含量φ=0.95的試驗(yàn)性泡沫，其半徑隨時(shí)間而增大的趨向。圖7（b）顯示此種泡沫在不同高度的脫水情況。

泡沫的性質(zhì)取決于氣體的含量φ，加入石膏料漿中的泡沫的φ值一般在0.92左右，這些泡沫已接近干燥極限。雖然這些泡沫是由空氣與表面活性物質(zhì)所生成的，但具有很多不尋常的性能，例如存在屈服應(yīng)力。通常屈服應(yīng)力僅與固體物質(zhì)有關(guān)連。

泡沫的屈服應(yīng)力取決于氣體含量、表面張力與尺度，并隨泡沫的發(fā)展而變化。此屈服應(yīng)力，或按廣義來(lái)說(shuō)是泡沫的流變性，必須與石膏料漿的水膏比有合適的匹配來(lái)保證泡沫能均勻地分布在石膏料漿中，不致出現(xiàn)泡沫的剪切纏繞以及泡沫與料漿的分離。圖8顯示在泡沫與料漿混合過(guò)程中所發(fā)生的泡沫剪切纏繞。

泡沫的尺度分布，泡沫的密度與表面張力和石膏料漿的粘度之間存在著高度的非線(xiàn)性關(guān)系，因而要求采用一種比精細(xì)化學(xué)更高的調(diào)控技術(shù)。如果為了降低能耗與生產(chǎn)成本，在表面活性劑溶液中使用可控制泡沫剪切應(yīng)力的分子量高的聚合物，并加有可形成薄膜的聚合物以促進(jìn)石膏板芯干燥時(shí)，這種情況會(huì)顯得更加復(fù)雜。

為此，在分散劑與泡沫劑的選用上，應(yīng)使二者匹配得當(dāng)，否則因缺少對(duì)許多相互影響因素的了解而發(fā)生的任何變化，有可能導(dǎo)致難以預(yù)測(cè)的后果。

另一方面，正確選定可相互匹配的分散劑與泡沫劑，對(duì)節(jié)能與節(jié)材均起很大作用，因?yàn)榭蓽p少蒸發(fā)水的用量，使多孔的石膏板易于烘干，并可生產(chǎn)出質(zhì)量較輕的石膏板，并使石膏用量可減少12%。

為達(dá)到在石膏板中因存在泡沫而帶來(lái)的上述效益，必須正確控制好泡沫尺度的分布，為此通常均使用復(fù)合的表面活性劑，這樣在石膏板芯中既可存在很多小泡沫，又有較少量的分離的大泡沫。雖然這些大泡沫的數(shù)量不多，卻占有較大的體積份額，從而使石膏板有可能在不影響其力學(xué)性能的前提下降低體積密度。

8 泡沫劑與防水劑的相互影響

關(guān)于使用泡沫劑的最后應(yīng)關(guān)注的是，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過(guò)含有非離子型聚乙二醇的表面活性劑（例如，烷基乙醚磺酸鹽）[此為泡沫劑-譯者注]與聚甲基含氫硅氧烷（PMHS）[此為防水劑-譯者注]之間存在不相容性。若二者同時(shí)使用，在板坯的干燥階段，護(hù)面紙下會(huì)出現(xiàn)大的空氣泡，這會(huì)阻礙板的輸送，甚至于還會(huì)因而停機(jī)。

盡管至今還未完全弄清這種不相容性，看來(lái)很可能是由于表面活性劑與PMHS發(fā)生反應(yīng)生成氫氣所致。這種反應(yīng)并不發(fā)生于最初的石膏料漿中，而是延緩到石膏板凝固并接近干燥線(xiàn)的終點(diǎn)時(shí)，由于產(chǎn)生氣體而在護(hù)面紙下形成氣泡。

9 減輕徐變的外加劑

在石膏板使用過(guò)程中應(yīng)有較好的尺寸穩(wěn)定性。在某些使用條件下，尤其是在高溫度與高濕度的環(huán)境中，石膏板會(huì)在其自重作用下發(fā)生永久性的變形。為部分地克服這一問(wèn)題，防止板的下垂或起穹，可在石膏料漿中加入少量硼酸，其摻量約為熟石膏量的0.1%。硼酸在石膏料漿中可促進(jìn)大體積二水石膏晶體的生成，而不致生成長(zhǎng)的針狀晶體。

大體積二水石膏晶體可使石膏板具有較好的剛性。當(dāng)有泡沫存在時(shí)，通過(guò)硼酸與淀粉的相互作用，還有助于增進(jìn)板芯與護(hù)面紙的粘結(jié)。

在石膏料漿中加入含有亞磷酸的外加劑，例如，三甲基磷酸鈉（STMP）或六亞甲基-二胺-四亞甲基-磷酸（HMDTMP），可對(duì)提高石膏板的強(qiáng)度和減少徐變起重要作用。這些外加劑也可通過(guò)改變石膏板芯的結(jié)構(gòu)與泡沫劑發(fā)生作用。通常在使用這些外加劑時(shí)，應(yīng)減少泡沫劑的用量。這些外加劑的作用在于減緩二水石膏晶體的可溶性，尤其是減緩二水石膏晶體在壓力影響下的可溶性，因而顯著減少了石膏板的徐變傾向。

10 結(jié)論

在石膏板的生產(chǎn)過(guò)程中使用了多種不同的外加劑以滿(mǎn)足現(xiàn)代化裝備的高生產(chǎn)率，并使制品在強(qiáng)度、體積密度與使用環(huán)境的適應(yīng)性等方面符合要求。同時(shí)，通過(guò)使用外加劑生產(chǎn)線(xiàn)應(yīng)在任何場(chǎng)合，均應(yīng)達(dá)到高能效與高材質(zhì)。

每一種外加劑均有各自的作用，但必然也會(huì)對(duì)其它的外加劑和工藝過(guò)程發(fā)生影響，這是因?yàn)槿魏我环N加入于料漿中的化合物均會(huì)影響二水石膏的結(jié)晶。

二水石膏晶體的析出速度及其形狀與尺度均是會(huì)有變化的，從而影響到生產(chǎn)過(guò)程與產(chǎn)品性能。此外，所選用的外加劑對(duì)石膏板生產(chǎn)環(huán)境與室內(nèi)使用環(huán)境的適應(yīng)性也是必須考慮的前提。

由于上述的這些復(fù)雜性，有時(shí)還會(huì)有互相抵觸的要求，為此所選用的各種外加劑必須是相容的。改變一種外加劑往往會(huì)對(duì)石膏板的生產(chǎn)過(guò)程和最終的產(chǎn)品帶來(lái)難以預(yù)期的后果。

（譯自“global gypsum” 2012年11月）

世界衛(wèi)生組織曾建議空氣中甲醛的含量不宜超過(guò)100μg/m3（30min的平均數(shù)）。歐盟通過(guò)在世界范圍內(nèi)所收集的信息的匯總，則認(rèn)為“當(dāng)空氣中甲醛的含量為30μg/m3，未觀(guān)察到有不良反應(yīng)”。

室內(nèi)空氣中甲醛的含量通常高于室外。根據(jù)澳大利亞NICNAS所提供的數(shù)據(jù)，由于建筑材料釋放甲醛以及室內(nèi)有限的通風(fēng)條件，室內(nèi)空氣中甲醛的含量最高可達(dá)室外空氣中甲醛的含量的16倍。根據(jù)英國(guó)資料所得出的房屋的使用期與室內(nèi)空氣中甲醛含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖5所示（依據(jù)英國(guó)建筑研究院環(huán)保專(zhuān)家所測(cè)得的建筑材料對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響）。

某些建筑材料有可能是室內(nèi)空氣中甲醛的散發(fā)源，尤其是粘結(jié)劑、刨花板與中密度纖維板，而石膏板所散發(fā)的甲醛是較少的。圖6是根據(jù)歐洲建筑業(yè)聯(lián)合會(huì)所制定的方案，由INDOOTRON對(duì)一30m2的房間內(nèi)幾種建筑材料的甲醛散發(fā)量的測(cè)定結(jié)果。

為防止石膏板生產(chǎn)線(xiàn)的工作環(huán)境中或已安裝石膏板的建筑物中，因石膏板芯中所含分散劑釋放甲醛可能對(duì)室內(nèi)環(huán)境引起的污染，可使用新開(kāi)發(fā)的Ca-NSF，即Fluplast 40，此種分散劑不含有可檢測(cè)出的游離甲醛。

7 泡沫劑

為制得易于加工、便于安裝的輕質(zhì)石膏板，需要在攪拌機(jī)中加入泡沫劑。當(dāng)加入分散劑降低料漿的w/p值時(shí)，為補(bǔ)償因用水量的減少而導(dǎo)致石膏板體積密度的增大，必須增加板芯中泡沫的含量。

在石膏板中，空氣占有70%以上的容積，為保持板的強(qiáng)度并使泡沫在板芯中均勻分布，必須慎重選擇泡沫的尺度與分布，尤其是不允許有泡沫聚集在護(hù)面紙下，否則會(huì)削弱板芯與護(hù)面紙的粘結(jié)，甚至導(dǎo)致二者的分離。

在石膏板生產(chǎn)過(guò)程中，泡沫的生成及其在石膏料漿中的分布是很關(guān)鍵的。泡沫是在一發(fā)生器中，使加入于水中的表面活性劑溶液與壓縮空氣相攪拌而生成的。所生成的泡沫被送入柱銷(xiāo)式攪拌機(jī)的石膏料漿中。連接泡沫發(fā)生器與柱銷(xiāo)式攪拌機(jī)的管道的長(zhǎng)度與直徑也是很重要的，可起著泡沫助發(fā)劑的作用。

由于下列原因使得該操作的控制會(huì)相當(dāng)困難：首先，泡沫是一種失衡的材料，會(huì)排出水分，變得粗大，其次，因泡沫膜層的破裂而使泡沫相互接合。

圖7（a）顯示最初空氣含量φ=0.95的試驗(yàn)性泡沫，其半徑隨時(shí)間而增大的趨向。圖7（b）顯示此種泡沫在不同高度的脫水情況。

泡沫的性質(zhì)取決于氣體的含量φ，加入石膏料漿中的泡沫的φ值一般在0.92左右，這些泡沫已接近干燥極限。雖然這些泡沫是由空氣與表面活性物質(zhì)所生成的，但具有很多不尋常的性能，例如存在屈服應(yīng)力。通常屈服應(yīng)力僅與固體物質(zhì)有關(guān)連。

泡沫的屈服應(yīng)力取決于氣體含量、表面張力與尺度，并隨泡沫的發(fā)展而變化。此屈服應(yīng)力，或按廣義來(lái)說(shuō)是泡沫的流變性，必須與石膏料漿的水膏比有合適的匹配來(lái)保證泡沫能均勻地分布在石膏料漿中，不致出現(xiàn)泡沫的剪切纏繞以及泡沫與料漿的分離。圖8顯示在泡沫與料漿混合過(guò)程中所發(fā)生的泡沫剪切纏繞。

泡沫的尺度分布，泡沫的密度與表面張力和石膏料漿的粘度之間存在著高度的非線(xiàn)性關(guān)系，因而要求采用一種比精細(xì)化學(xué)更高的調(diào)控技術(shù)。如果為了降低能耗與生產(chǎn)成本，在表面活性劑溶液中使用可控制泡沫剪切應(yīng)力的分子量高的聚合物，并加有可形成薄膜的聚合物以促進(jìn)石膏板芯干燥時(shí)，這種情況會(huì)顯得更加復(fù)雜。

為此，在分散劑與泡沫劑的選用上，應(yīng)使二者匹配得當(dāng)，否則因缺少對(duì)許多相互影響因素的了解而發(fā)生的任何變化，有可能導(dǎo)致難以預(yù)測(cè)的后果。

另一方面，正確選定可相互匹配的分散劑與泡沫劑，對(duì)節(jié)能與節(jié)材均起很大作用，因?yàn)榭蓽p少蒸發(fā)水的用量，使多孔的石膏板易于烘干，并可生產(chǎn)出質(zhì)量較輕的石膏板，并使石膏用量可減少12%。

為達(dá)到在石膏板中因存在泡沫而帶來(lái)的上述效益，必須正確控制好泡沫尺度的分布，為此通常均使用復(fù)合的表面活性劑，這樣在石膏板芯中既可存在很多小泡沫，又有較少量的分離的大泡沫。雖然這些大泡沫的數(shù)量不多，卻占有較大的體積份額，從而使石膏板有可能在不影響其力學(xué)性能的前提下降低體積密度。

8 泡沫劑與防水劑的相互影響

關(guān)于使用泡沫劑的最后應(yīng)關(guān)注的是，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過(guò)含有非離子型聚乙二醇的表面活性劑（例如，烷基乙醚磺酸鹽）[此為泡沫劑-譯者注]與聚甲基含氫硅氧烷（PMHS）[此為防水劑-譯者注]之間存在不相容性。若二者同時(shí)使用，在板坯的干燥階段，護(hù)面紙下會(huì)出現(xiàn)大的空氣泡，這會(huì)阻礙板的輸送，甚至于還會(huì)因而停機(jī)。

盡管至今還未完全弄清這種不相容性，看來(lái)很可能是由于表面活性劑與PMHS發(fā)生反應(yīng)生成氫氣所致。這種反應(yīng)并不發(fā)生于最初的石膏料漿中，而是延緩到石膏板凝固并接近干燥線(xiàn)的終點(diǎn)時(shí)，由于產(chǎn)生氣體而在護(hù)面紙下形成氣泡。

9 減輕徐變的外加劑

在石膏板使用過(guò)程中應(yīng)有較好的尺寸穩(wěn)定性。在某些使用條件下，尤其是在高溫度與高濕度的環(huán)境中，石膏板會(huì)在其自重作用下發(fā)生永久性的變形。為部分地克服這一問(wèn)題，防止板的下垂或起穹，可在石膏料漿中加入少量硼酸，其摻量約為熟石膏量的0.1%。硼酸在石膏料漿中可促進(jìn)大體積二水石膏晶體的生成，而不致生成長(zhǎng)的針狀晶體。

大體積二水石膏晶體可使石膏板具有較好的剛性。當(dāng)有泡沫存在時(shí)，通過(guò)硼酸與淀粉的相互作用，還有助于增進(jìn)板芯與護(hù)面紙的粘結(jié)。

在石膏料漿中加入含有亞磷酸的外加劑，例如，三甲基磷酸鈉（STMP）或六亞甲基-二胺-四亞甲基-磷酸（HMDTMP），可對(duì)提高石膏板的強(qiáng)度和減少徐變起重要作用。這些外加劑也可通過(guò)改變石膏板芯的結(jié)構(gòu)與泡沫劑發(fā)生作用。通常在使用這些外加劑時(shí)，應(yīng)減少泡沫劑的用量。這些外加劑的作用在于減緩二水石膏晶體的可溶性，尤其是減緩二水石膏晶體在壓力影響下的可溶性，因而顯著減少了石膏板的徐變傾向。

10 結(jié)論

在石膏板的生產(chǎn)過(guò)程中使用了多種不同的外加劑以滿(mǎn)足現(xiàn)代化裝備的高生產(chǎn)率，并使制品在強(qiáng)度、體積密度與使用環(huán)境的適應(yīng)性等方面符合要求。同時(shí)，通過(guò)使用外加劑生產(chǎn)線(xiàn)應(yīng)在任何場(chǎng)合，均應(yīng)達(dá)到高能效與高材質(zhì)。

每一種外加劑均有各自的作用，但必然也會(huì)對(duì)其它的外加劑和工藝過(guò)程發(fā)生影響，這是因?yàn)槿魏我环N加入于料漿中的化合物均會(huì)影響二水石膏的結(jié)晶。

二水石膏晶體的析出速度及其形狀與尺度均是會(huì)有變化的，從而影響到生產(chǎn)過(guò)程與產(chǎn)品性能。此外，所選用的外加劑對(duì)石膏板生產(chǎn)環(huán)境與室內(nèi)使用環(huán)境的適應(yīng)性也是必須考慮的前提。

由于上述的這些復(fù)雜性，有時(shí)還會(huì)有互相抵觸的要求，為此所選用的各種外加劑必須是相容的。改變一種外加劑往往會(huì)對(duì)石膏板的生產(chǎn)過(guò)程和最終的產(chǎn)品帶來(lái)難以預(yù)期的后果。

（譯自“global gypsum” 2012年11月）