Bauplatten finden weitgehend Anwendung, z. B. als schalldämmende Wandverkleidung. Sie sollen ausser guten akkustischen Eigenschaften auch dekorativ wirken. Zu diesem Zweck wurden bisher die dem Auge dargebotenen Flächen auf die verschiedenste Weise behandelt. Am häufigsten wurden diese Flächen dem Aussehen von Travertin angepasst, wodurch auch die Schalldämpfung verbessert wird. Derartige Bauplatten eignen sich nicht nur für die Schalldämpfung in Räumen, sondern auch als Wärmeisolierung, Barrieren für Feuerschutz, Wandplatten und dergleichen.
Zu ihrer Herstellung sind zwei hauptsächliche Verfahren mit einer grossen Anzahl von Variationsmöglichkeiten üblich.
Das eine Verfahren besteht im wesentlichen in dem Vermischen von Mineralwolle mit einer steifen wässrigen Stärkepaste, Vergiessen oder Verstreichen des Gemisches zu Tafelform und Trocknen im Ofen. Bisher wurde im allgemeinen eine vernetzte oder mit Formaldehyd modifizierte Stärke angewandt, da sie eine steife Paste ergibt.
Einer der Hauptvorteile dieser Gussbauplatten liegt darin, dass sie leicht zur Erreichung der gewünschten dekorativen Wirkung behandelt werden können. So kann man z. B. vor dem Trocknen eine Formwalze über die Oberfläche des nassen Formkörpers laufen lassen und damit eine unregelmässige Aussenfläche, die ein travertinartiges Aussehen hat, erzeugen.
Es lassen sich ohne Schwierigkeiten noch die verschiedensten anderen Oberflächenwirkungen erzielen, wobei sowohl der dekorative Effekt als auch die Schalldämpfungseigenschaften verbessert werden können. Bei dem zweiten zur Herstellung von Bauplatten üblichen Verfahren erfolgt die Verarbeitung auf einer Fourdrinier- oder Zylindermaschine in der Art der in der Papierindustrie üblichen Vorrichtungen. Es wird hier ein dünner Schlamm verarbeitet, in dem in Wasser neben Stärke als Bindemittel Mineralfasern, gegebenenfalls unter Zusatz eines Ausflockmittels, dispergiert sind; das Fasermaterial wird auf dem Langsieb oder dem Siebzylinder verfilzt. Nachdem man den Hauptanteil an Wasser ablaufen liess, wird die feuchte Masse dann in der Wärme getrocknet.
Die Stärkeverkleisterung zur Entwicklung der Klebeeigenschaften erfolgt in situ, so dass man die verfilzte Masse bzw.
eine entsprechende Bauplatte erhält. Als Bindemittel für derartige Produkte hat man bisher im allgemeinen Tapiokastärke angewandt, die eine wünschenswert tiefe Verkleisterungstemperatur besitzt und nach Erreichen dieser Verkleisterungstemperatur schnell eine Zunahme der Viskosität zeigt. Dieser rasche Viskositätsanstieg oder mit anderen Worten die Fähigkeit der Stärke, schnell abzubinden, ist bei derartigen Herstellungsverfahren wesentlich. Es zeigte sich jedoch, dass Tapiostärke starken Schwankungen hinsichtlich der Verfügbarkeit, Qualität und Gleichmässigkeit unterliegt und dass auch die Gestehungskosten schwanken.
In der erfindungsgemässen Faser- oder Bauplatte sind nun die Fasern gebunden mit einer Stärke, die mit Phthalsäureoder Bernsteinsäureanhydrid in Anwesenheit eines Alkalis bei einem pH-Wert von 7 bis 11 modifiziert ist. (Einzelheiten siehe unten.) Die üblichen Zusätze und Füller können gegebenenfalls zusätzlich eingearbeitet sein.
Die Faserplatten können nach einem der beiden oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden, jedoch wendet man vorzugsweise eine Modifikation des Fourdrinier-Verfahrens (siehe unten) an. Es zeigte sich, dass die erfindungsgemäss erhaltenen Platten eine ausgezeichnete Festigkeit und ein günstiges Verhalten hinsichtlich Durchsacken aufweisen, wobei das Bindemittel nur eine geringe Neigung zum Wandern zeigt. Die Resultate der üblichen Verfahren zur Herstellung von stärkegebundenen Faserplatten lassen sich durch Verwendung der wie beschrieben modifizierten Stärke als Bindemittel wesentlich verbessern.
Methoden, bei denen beispielsweise ein die Zurückhaltung der Stärke verbesserndes Mittel, insbesondere ein kationisches Mittel, eingearbeitet wird oder bei denen ein Anteil der zugesetzten Gesamtstärke teilweise vorgekocht wird, verbessern sowohl die Zurückhaltung des Bindemittels als auch die Festigkeitseigenschaften der Bauplatten im vorliegenden Fall um einen wesentlich höheren Betrag, als dies bei Verwendung der bekannten Tapiokastärkebinder möglich ist.
Die Zurückhaltung der Stärke in der Masse ist bekanntlich bei der Erzeugung von Faserplatten eine sehr wichtige und kritische Funktion. Es wird hierdurch nicht nur der Prozentsatz und die Verteilung des Stärkebinders im Fertigprodukt beeinflusst, sondern auch die Wirtschaftlichkeit der Herstellung, da die Stärkeverluste im Abwasser bzw. die Bildung von sogenanntem weissem Wasser verringert werden. Diese Verringerung der Stärkeverluste und die Verhinderung der Bildung von weissem Wasser ist auch hinsichtlich der Bekämpfung von Verschmutzungen von beträchtlichem Wert.
Die Anhydrid-modifizierte Stärke erhält man z. B. nach einem Verfahren, wie es aus der US-Patentschrift 2 461 139 bekannt ist. Dieses Verfahren besteht im wesentlichen darin, den pH-Wert der wässrigen Stärkeau±schlän;mung durch Zugabe einer Lauge und heftiges Rühren zwischen etwa 7 und 11 zu halten. Bei der schnellen Bewegung des Systems wird eine bestimmte Menge Anhydrid in kleinen Portionen zugesetzt und gleichzeitig Lauge in einer Menge eingebracht, die zur Aufrechterhaltung des gewünschten pH-Wertes erforderlich ist. Die Menge an zugesetztem Anhydrid hängt von dem gewünschten Modifikationsgrad ab und kann im Hinblick auf die angestrebten Eigenschaften der Stärke eingestellt werden.
Die mit Phthalsäure- oder Bernsteinsäureanhydrid modifizierte Stärke hat eine niedrigere Gelatinisiertemperatur und zeigt nach dem Gelatinisieren einen rascheren Viskositätsanstieg bis zu einem Grenzwert als die unmodifizierte Stärke.
Dies deutet auf eine verbesserte Wasseraufnahme bei der modifizierten Stärke gegenüber der üblichen Maisstärke hin, da das Schwellen der Stärketeilchen von der Wasseraufnahme abhängt.
Es ist wesentlich, dass der Stärkebinder bei der Herstellung von Gussplatten Wasser annimmt und festhält, da bei dieser Methode das Gemisch während des Vergiessens und Ausformens stabil bleiben muss. Tapiokastärke ist beispielsweise in dieser Hinsicht völlig unbrauchbar, da sie viel zu dünn ist und während des Vergiessens Wasser absondert. Dagegen hat die mit Phthalsäure- oder Bernsteinsäureanhydrid modifizierte Stärke ein gutes Wasserhaltevermögen, das sie zusammen mit den anderen erwähnten Eigenschaften zu einem ausgezeichneten Bindemittel für Gussbauplatten macht.
Bei dem Fourdrinier-Verfahren werden an den Binder wesentlich andere Anforderungen gestellt als bei der Giessmethode. Vor allem wird verlangt, dass der Binder eine niedrige Gelatinisiertemperatur habe und, sobald diese Temperatur erreicht ist, eine rasche Viskositätszunahme zeige. Die letztere Eigenschaft, die auch als rasches Abbinden (Verkleistern) bezeichnet werden kann, führt im Fourdrinier-Verfahren zur besten Bindung.
Abgesehen vom angewandten Herstellungsverfahren bestimmen neben den Kosten zwei Hauptfaktoren die Geeignetheit eines Binders. Diese Faktoren sind die Wirksamkeit des Binders (d. h. die Bruchfestigkeit der fertigen Platte bei einem bestimmten Bindergehalt) und die Widerstandsfähigkeit gegen Durchbiegen (d. h. die Fähigkeit der Platte, der durch die Schwerkraft bewirkten Deformation in warmer, feuchter Atmosphäre zu widerstehen).
Die erfindungsgemässen, entweder durch die Giessmethode oder mit Hilfe des Fourdrinier-Verfahrens unter Verwendung von mit Phthalsäure- oder Bernsteinsäureanhydrid modifizierter Stärke als Binder hergestellten Bauplatten haben, wie gefunden wurde, eine befriedigende Bruchfestigkeit und Durchbiegebeständigkeit.
Die Eigenschaften der erfindungsgemässen Bau- bzw. Faserplatte variieren etwas mit Änderungen im Prozentsatz an Stärke und gegebenenfalls Füller, wie Ton, und hängen auch ab von der Qualität des Binders. Auch die Anteilsmenge an Phthalsäure- oder Bernsteinsäureanhydrid, die mit der Stärke umgesetzt wird, kann beträchtlich schwanken, was ebenfalls die Eigenschaften der Stärke beeinflusst. Im allgemeinen liegt die zweckmässige Menge an Anhydrid zwischen 0,0005 und 0,10, vorzugsweise bei 0,002 bis 0,05 Mol Anhydrid je Mol Stärke.
Wird als Füller Ton verwendet, so liegen geeignete Mengen zwischen 10 und 20 Gew.-o/o, berechnet auf das Gesamtgewicht der Platte. Die Verwendung von 6 bis 15 Gew.- /o Binder (berechnet auf das Gesamtfeststoffgewicht der Platte) führt zu einer Platte, die in jeder Hinsicht die besten Eigenschaften aufweist. Das Verhältnis zwischen Binder und Ton oder anderen Füllmitteln, falls solche verwendet werden, kann je nach den gewünschten Eigenschaften und dem gewünschten Plattengewicht eingestellt werden.
Unter den zu modifizierenden Stärkesorten seien genannt: feuchtgemahlene Maisstärke, Kartoffelstärke, Tapiokastärke und Stärke aus trockengemahlenem Mais. Als Fasern verwendet man vorzugsweise Mineralfasern, jedoch lässt sich die Erfindung auch auf andere Platten oder dergleichen aus anderen Fasern anwenden, wie sie bei der Herstellung von Bauplatten Verwendung finden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Modifikation des üblichen Fourdrinier-Verfahrens zur Herstellung von Bauplatten, wenn dazu als Binder eine Stärke verwendet wird, die mit Maleinsäure-, Phthalsäure- oder Bernsteinsäureanhydrid modifiziert ist. Bei dem konventionellen Fourdrinier Verfahren wird die modifizierte Stärke in trockener Form angeliefert und wird dann an der Verarbeitungsstätte in eine Aufschlämmung übergeführt, um gut mischbar mit den Fasern und anderen Zusätzen zu sein. Erfahrungen mit trockener modifizierter Stärke haben gezeigt, dass es schwierig ist, eine gleichmässig verteilte Aufschlämmung der Bauplattenbestandteile herzustellen und dass sich sehr leicht Klumpen von modifizierter Stärke in dem Gemisch bilden, die dann entfernt oder verkleinert werden müssen, wenn man zu einer brauchbaren Aufschlämmung kommen will.
Dagegen wurde gefunden, dass sich nicht nur die Schwierigkeiten bei der Herstellung der Aufschlämmung lösen lassen, sondern dass auch die Eigenschaften der fertigen Platte verbessert werden, wenn die modifizierte Stärke nicht nach Abschluss ihrer Herstellung in trockene Form übergeführt wird. Die Erfindung umfasst daher auch ein Verfahren zur Herstellung der beschriebenen Bauplatte, das darin besteht, dass man Stärke in wässriger Aufschlämmung mit Phthalsäure- oder Bernsteinsäureanhydrid in Anwesenheit eines Alkalis bei einem pH-Wert von 7 bis 11 zu einem Reaktionsgemisch von modifizierter Stärke umsetzt, in die Aufschlämmung Fasern einmischt und das Gemisch auf Siebe bringt, um Wasser abzutrennen, so dass sich eine Bauplattentafel bildet, die man dann trocknet.
Die Reaktion zur Modifikation der Stärke kann daher mit Vorteil an der Herstellungsstelle für die Bauplatten durchgeführt werden. Da man ausserdem ein gleichmässig dispergiertes Gemisch aus modifizierter Stärke, Fasern und gegebenenfalls Ton erhält, kann man auch Stärkesorten von geringerem Reinheitsgehalt, die bisher als unverwendbar galten, verwenden, was wesentlich zur Senkung der Herstellungskosten beiträgt.
Aus den Beispielen und Vergleichsversuchen ist ein Vergleich der Resultate ersichtlich, die man erhält, wenn man die trockene Form und die Aufschlämmungsform von mit Maleinsäure- oder Phthalsäureanhydrid modifizierter Stärke verwendet:
Vergleichsversuch 1
Von Maisstärkesuspension mit 40 Gew.-o/o Feststoffen wurde so viel verwendet, dass 1200 g trockene Feststoffe vorhanden waren. Die Aufschlämmung wurde auf 43 bis 460 C erwärmt, wonach der pH-Wert mit 3prozentiger Natronlauge auf 8,5 eingestellt wurde. Nun wurden in kleinen Portionen 30 g Maleinsäureanhydrid (2,5 O/o des Gewichtes der Stärkefeststoffe) zugefügt und gleichzeitig soviel weitere 3prozentige Natronlauge, dass der pH-Wert zwischen 7,5 und 8,5 blieb.
Nachdem die Reaktion in ungefähr V2 h beendet war, wurde die Aufschlämmung in zwei Teile geteilt, der pH-Wert des einen Teils wurde mit Schwefelsäure auf 5,7 und der pH Wert des anderen auf ebenfalls 5,7, jedoch mit Hilfe von Aluminiumsulfat, eingestellt. Die Gemische wurden dann filtriert, mit Wasser gewaschen und im Ofen bei etwa 1100 C getrocknet, bis der Feuchtigkeitsgehalt der Produkte noch etwa 10 bis 12 o/o betrug. Aus jeder der Proben wurde dann eine Musterfaserplatte hergestellt.
Zur Herstellung der Fourdrinier-Bauplatte wurden 11,2 g (Trockenbasis) der trockenen modifizierten Stärke mit 105 g Schlackenwolle und 25,2 g Ton in 5 1 Wasser eingetragen und 1/2 h auf einer wirksamen Mischvorrichtung vermischt. Gegen Ende des Mischvorganges wurde ein Ausfiockmittel zugefügt, in diesem Fall 40 ml einer lprozentigen Lösung von Nalco 634 . Nach Entnahme aus dem Mischer wurde das Wasser von den Feststoffen getrennt, in dem man die Masse auf ein zu diesem Zweck im Laboratorium benutztes Handsieb vergoss. Die Masse wurde dann auf eine einheitliche Dicke von 1,27 cm gepresst und im Ofen getrocknet.
Vergleichsversuch 2
Maleinsäureanhydrid und Stärke wurden umgesetzt wie in Beispiel 1 beschrieben. Nach Beendigung der Umsetzung wurde die Aufschlämmung wiederum in zwei Teile geteilt, deren pH-Wert in beiden Fällen auf 5,7 eingestellt wurde, wozu jedoch einmal Schwefelsäure und das andere Mal Aluminiumsulfat verwendet wurde. Nun wurde nicht wie in Beispiel 1 filtriert, gewaschen und getrocknet, sondern diese Stufen wurden ausgelassen und die Produkte blieben in Auf schlämmungsform, worauf aus jeder der beiden Proben direkt aus der Aufschlämmung eine Faserplatte hergestellt wurde.
Zur Erzeugung der Fourdrinier-Faserplatte wurden 105 g Schlackenwolle und 25,2 g Ton einem Anteil der einzelnen Aufschlämmungen, der 11,2 g (Trockenbasis) modifizierte Stärke enthielt, zugefügt. Die modifizierte Stärke, der Ton, die Schlackenwolle und ein Ausflockmittel wurden sorgfältig vermischt und daraus gemäss Beispiel 1 eine Platte geformt.
Beispiel 1
Wie in Vergleichsversuch 2 wurde so viel Maisstärkesuspension mit 40 Gew.-O/o Feststoffen genommen, dass ungefähr 1200 g trockene Feststoffe vorhanden waren. Die Aufschlämmung wurde wieder auf 43 bis 460 C erwärmt und der pH-Wert mit 3prozentiger Natronlauge auf 9,0 eingestellt.
Nur wurden 30 g Phthalsäureanhydrid (2,5 0/0 des Gewichtes der Stärkefeststoffe) zugegeben. Man liess den pH-Wert der Aufschlämmung zunächst auf 7,5 abfallen und stellte ihn dann mit 3prozentiger Natronlauge wieder auf 9,0 ein. Dieses Abfallen des pH-Wertes auf 7,5 und Anheben mit Lauge auf 9,0 wurde so lange wiederholt, bis sich ein wesentlicher Anstieg in der Zeitdauer zeigte, welche die Aufschlämmung brauchte, um vom pH 9,0 wieder auf 7,5 abzufallen. Diese Verlangsamung deutete das Ende der Reaktion an und die Aufschlämmung wurde nun in zwei Teile geteilt. In beiden Teilen wurde der pH-Wert auf 7,5 eingestellt, wozu jedoch einmal Schwefelsäure, das andere Mal Aluminiumsulfat verwendet wurde.
Die beiden Mischungen wurden abfiltriert, mit Wasser gewaschen und im Ofen bei etwa 1100 C getrocknet, bis der Feuchtigkeitsgehalt in den Produkten etwa 10 bis 12 0/o betrug. Gemäss Vergleichsversuch 1 wurde dann aus jedem der beiden Produkte eine Musterfaserplatte hergestellt.
Beispiel 2
Gemäss Beispiel 1 wurde Stärke mit Phthalsäureanhydrid zur Umsetzung gebracht, nach deren Beendigung die Aufschlämmung in zwei Teile geteilt wurde. Wieder wurde der pH-Wert, das eine Mal mit Schwefelsäure, das andere Mal mit Aluminiumsulfat, auf 5,7 eingestellt. Anstatt jedoch wie in Beispiel 1 die beiden Gemische abzufiltrieren, zu waschen und zu trocknen, wurden sie in diesem Fall in Aufschlämmungsform belassen. Gemäss Vergleichsversuch 2 wurde nun aus den beiden Aufschlämmungen je ein Musterstück hergestellt.
Der in den vorangehenden Vergleichsversuchen und Beispielen verwendete Ton hatte die folgende chemische Analyse in Gew.-o/o: 45,02 0/0 Kieselsäure, 38,32 0/0 Tonerde, 1,66 O/o Titandioxid, 0,06 0/0 Kalk, 0,14 o/o Magnesiumoxid, 0,13 /0 Soda und 0,05 0/0 Kaliumcarbonat.
Die Korngrösse der verwendeten Schlackenwolle wurde so bestimmt, dass mindestens 25 bis 35 0/0 auf einem Sieb von 1,9 cm Öffnung zurückblieben und höchstens 15 bis 20 0/0 durch ein Sieb mit Öffnungen von 0,64 cm hindurchgingen.
Der Faserdurchmesser betrug 2 bis 40 acm. Chemische Zusammensetzung in Gew.- /0: 34 bis 42 0/0 Siliciumdioxid, 39 bis 45 o/o Calciumoxid, 8 bis 14 0/0 Aluminiumoxid, 2 bis 8 0/0 Magnesiumoxid und Spurenelemente wie Eisen, Schwefel und Mangan.
Ein Vergleich der nach den Beispielen 1 bis 4 hergestellten Platten ist in der folgenden Tabelle wiedergegeben:
Tabelle Modifizierte Stärke Form Neutralisationsmittel Bruchmodulinkg/cm2 Vergleichsversuch 1 Maleatstärke trocken H2SO4 10,4
Aluminiumsulfat 12,0 Vergleichsversuch 2 Maleatstärke Aufschlämmung H2SO4 22,0
Aluminiumsulfat 22,0 Beispiel 1 Phthalatstärke trocken H2SO4 22,3
Aluminiumsulfat 21,0 Beispiel 2 Phthalatstärke Aufschlämmung H2SO4 23,2
Aluminiumsulfat 24,4
In den Vergleichsversuchen und Beispielen wurde zwar Maisstärke verwendet, jedoch hat das erfindungsgemässe Verfahren den zusätzlichen Vorteil, dass man andere modifizierte Stärkesorten, die sich aus irgendeinem Grund nicht gut oder nicht wirtschaftlich in trockener Form herstellen lassen oder die schwer zu handhaben sind, benutzen kann.
So kann man beispielsweise Stärke mit hohem Proteingehalt oder sehr feinkörnige Stärke, wie Weizenstärke oder trockengemahlene Stärkesorten, die alle schwer zu filtrieren und zu trocknen sind, zur Herstellung von Fourdrinier-Bauplatten verwenden, wenn man von Aufschlämmungen der modifizierten Stärke ausgeht.
Building panels are widely used, e.g. B. as sound-insulating wall cladding. In addition to good acoustic properties, they should also have a decorative effect. For this purpose, the surfaces presented to the eye have been treated in the most varied of ways. Most often, these surfaces have been adapted to the appearance of travertine, which also improves sound absorption. Such building panels are not only suitable for soundproofing in rooms, but also as thermal insulation, barriers for fire protection, wall panels and the like.
Two main methods with a large number of possible variations are common for their production.
One method consists essentially in mixing mineral wool with a stiff aqueous starch paste, pouring or spreading the mixture to form a sheet and drying in the oven. Heretofore, a crosslinked or formaldehyde modified starch has generally been used because it gives a stiff paste.
One of the main advantages of these cast construction panels is that they can be easily treated to achieve the desired decorative effect. So you can z. B. run a forming roller over the surface of the wet molding before drying and thus create an irregular outer surface that has a travertine-like appearance.
A wide variety of other surface effects can be achieved without difficulty, and both the decorative effect and the soundproofing properties can be improved. In the second method that is customary for the production of building panels, processing takes place on a Fourdrinier or cylinder machine in the manner of the devices customary in the paper industry. A thin sludge is processed here, in which mineral fibers are dispersed in water in addition to starch as a binding agent, optionally with the addition of a flocculant; the fiber material is felted on the fourdrinier wire or the sieve cylinder. After the main part of the water has been allowed to run off, the moist mass is then dried in the heat.
The starch gelatinization to develop the adhesive properties takes place in situ, so that the matted mass or
receives a corresponding building board. Tapioca starch has hitherto generally been used as a binder for such products, which has a desirably low gelatinization temperature and, once this gelatinization temperature has been reached, rapidly increases in viscosity. This rapid increase in viscosity, or in other words the ability of the starch to set quickly, is essential in such manufacturing processes. However, it turned out that tapio starch is subject to strong fluctuations in terms of availability, quality and evenness and that the production costs also fluctuate.
In the fiber board or building board according to the invention, the fibers are now bound with a starch which has been modified with phthalic acid or succinic anhydride in the presence of an alkali at a pH of 7 to 11. (For details, see below.) The usual additives and fillers can optionally also be incorporated.
The fiberboard can be produced by one of the two processes described above, but a modification of the Fourdrinier process (see below) is preferably used. It was found that the boards obtained according to the invention have excellent strength and favorable behavior with regard to sagging, with the binder showing only a slight tendency to migrate. The results of the usual processes for the production of starch-bound fiberboard can be significantly improved by using the starch modified as described as a binder.
Methods in which, for example, an agent that improves the retention of starch, in particular a cationic agent, is incorporated or in which a proportion of the added total starch is partially pre-cooked, improve both the retention of the binder and the strength properties of the building boards in the present case by one significantly higher amount than is possible when using the well-known tapioca starch binders.
The restraint of starch in the bulk is known to be a very important and critical function in the manufacture of fiberboard. This not only influences the percentage and distribution of the starch binder in the finished product, but also the cost-effectiveness of production, since the starch losses in the waste water and the formation of so-called white water are reduced. This reduction in starch losses and the prevention of the formation of white water is also of considerable value in terms of pollution control.
The anhydride-modified starch is obtained z. B. by a method known from US Pat. No. 2,461,139. This process essentially consists in maintaining the pH of the aqueous starch slurry between about 7 and 11 by adding a lye and stirring vigorously. With the rapid movement of the system, a certain amount of anhydride is added in small portions and at the same time caustic is introduced in an amount that is necessary to maintain the desired pH value. The amount of anhydride added depends on the desired degree of modification and can be adjusted with a view to the desired properties of the starch.
The starch modified with phthalic or succinic anhydride has a lower gelatinization temperature and, after gelatinization, shows a more rapid increase in viscosity up to a limit value than the unmodified starch.
This indicates an improved water absorption with the modified starch compared to the usual corn starch, since the swelling of the starch particles depends on the water absorption.
It is essential that the starch binder absorbs and holds water in the production of cast plates, since with this method the mixture must remain stable during casting and molding. Tapioca starch, for example, is completely useless in this regard, as it is much too thin and exudes water when it is poured. In contrast, the starch modified with phthalic or succinic anhydride has good water retention properties, which, together with the other properties mentioned, makes it an excellent binder for cast building boards.
With the Fourdrinier process, the requirements of the binder are significantly different from those with the casting method. Above all, it is required that the binder have a low gelatinization temperature and, as soon as this temperature is reached, show a rapid increase in viscosity. The latter property, which can also be referred to as rapid setting (gelatinization), leads to the best binding in the Fourdrinier process.
Apart from the manufacturing process used, two main factors determine the suitability of a binder in addition to cost. These factors are the effectiveness of the binder (i.e., the ultimate strength of the finished panel for a given binder content) and sag resistance (i.e., the ability of the panel to withstand gravity deformation in a warm, humid atmosphere).
The building boards according to the invention, produced either by the casting method or with the aid of the Fourdrinier method using starch modified with phthalic or succinic anhydride as a binder, have been found to have satisfactory breaking strength and sag resistance.
The properties of the construction or fiberboard according to the invention vary somewhat with changes in the percentage of starch and optionally filler, such as clay, and also depend on the quality of the binder. The amount of phthalic or succinic anhydride that is reacted with the starch can also vary considerably, which also influences the properties of the starch. In general, the appropriate amount of anhydride is between 0.0005 and 0.10, preferably 0.002 to 0.05 mol of anhydride per mol of starch.
If clay is used as the filler, suitable amounts are between 10 and 20 wt. O / o, calculated on the total weight of the board. The use of 6 to 15 wt / o binder (based on the total solids weight of the board) results in a board which has the best properties in all respects. The ratio between binder and clay or other fillers, if used, can be adjusted depending on the properties and weight of the board desired.
The starch types to be modified include: moist-milled corn starch, potato starch, tapioca starch and starch from dry-milled corn. Mineral fibers are preferably used as fibers, but the invention can also be applied to other panels or the like made from other fibers, such as those used in the manufacture of building panels.
The invention also relates to a modification of the customary Fourdrinier process for the production of building boards when a starch which has been modified with maleic, phthalic or succinic anhydride is used as a binder. In the conventional Fourdrinier process, the modified starch is delivered in dry form and is then converted into a slurry at the processing site in order to be readily miscible with the fibers and other additives. Experience with dry modified starch has shown that it is difficult to produce an evenly distributed slurry of the building board components and that lumps of modified starch very easily form in the mixture, which must then be removed or reduced in size in order to achieve a usable slurry .
In contrast, it has been found that not only can the difficulties in preparing the slurry be solved, but the properties of the finished board are also improved if the modified starch is not converted into dry form after its preparation has been completed. The invention therefore also comprises a process for the production of the building board described, which consists in converting starch in an aqueous slurry with phthalic or succinic anhydride in the presence of an alkali at a pH of 7 to 11 to form a reaction mixture of modified starch, in the slurry mixes in fibers and applies the mixture to screens to remove water to form a building board which is then dried.
The reaction to modify the strength can therefore be carried out with advantage at the manufacturing site for the building panels. Since you also get a uniformly dispersed mixture of modified starch, fibers and possibly clay, you can also use starch types of lower purity, which were previously considered unusable, which contributes significantly to lowering production costs.
A comparison of the results obtained when using the dry form and the slurry form of starch modified with maleic or phthalic anhydride can be seen from the examples and comparative tests:
Comparative experiment 1
So much corn starch suspension at 40 wt. O / o solids was used that 1200 grams of dry solids were present. The slurry was heated to 43-460 ° C., after which the pH was adjusted to 8.5 with 3 percent sodium hydroxide solution. 30 g of maleic anhydride (2.5 o / o of the weight of the starch solids) were then added in small portions, and at the same time enough more 3 percent sodium hydroxide solution that the pH remained between 7.5 and 8.5.
After the reaction was over in about two and a half hours, the slurry was divided into two parts, the pH of one part was adjusted to 5.7 with sulfuric acid and the pH of the other to 5.7, but with the aid of aluminum sulfate, set. The mixtures were then filtered, washed with water and dried in the oven at about 1100 ° C. until the moisture content of the products was still about 10 to 12 o / o. A sample fiberboard was then made from each of the samples.
To produce the Fourdrinier building board, 11.2 g (dry basis) of the dry modified starch with 105 g of slag wool and 25.2 g of clay were added to 5 l of water and mixed for 1/2 hour on an effective mixer. Towards the end of the mixing process, a flocculant was added, in this case 40 ml of a 1% solution of Nalco 634. After removal from the mixer, the water was separated from the solids by pouring the mass onto a hand sieve used for this purpose in the laboratory. The mass was then pressed to a uniform 1.27 cm thick and oven dried.
Comparative experiment 2
Maleic anhydride and starch were reacted as described in Example 1. After the completion of the reaction, the slurry was again divided into two parts, the pH of which was adjusted to 5.7 in both cases, but using sulfuric acid one time and aluminum sulfate the other. Instead of filtering, washing and drying as in Example 1, these steps were omitted and the products remained in the form of a slurry, whereupon a fiberboard was made directly from the slurry from each of the two samples.
To produce the Fourdrinier fiberboard, 105 grams of slag wool and 25.2 grams of clay were added to a portion of each slurry containing 11.2 grams (dry basis) modified starch. The modified starch, the clay, the slag wool and a flocculant were carefully mixed and a plate formed from them according to Example 1.
example 1
As in Comparative Experiment 2, so much corn starch suspension having 40% by weight solids was taken that approximately 1200 g dry solids were present. The slurry was reheated to 43-460 ° C. and the pH was adjusted to 9.0 with 3 percent sodium hydroxide solution.
Only 30 g of phthalic anhydride (2.5% by weight of starch solids) was added. The pH of the slurry was initially allowed to drop to 7.5 and then adjusted back to 9.0 with 3 percent sodium hydroxide solution. This drop in pH to 7.5 and increase with caustic to 9.0 was repeated until there was a substantial increase in the time it took for the slurry to drop back from pH 9.0 to 7.5 . This slowdown indicated the end of the reaction and the slurry was now divided into two parts. The pH value was adjusted to 7.5 in both parts, but for this purpose once sulfuric acid and the other time aluminum sulfate.
The two mixtures were filtered off, washed with water and dried in the oven at about 1100 ° C. until the moisture content in the products was about 10-12%. According to Comparative Experiment 1, a sample fiber board was then produced from each of the two products.
Example 2
According to Example 1, starch was reacted with phthalic anhydride, after which the slurry was divided into two parts. Again the pH was adjusted to 5.7, one time with sulfuric acid and the other time with aluminum sulfate. However, instead of filtering, washing and drying the two mixtures as in Example 1, in this case they were left in slurry form. According to comparative experiment 2, a sample was then produced from each of the two slurries.
The clay used in the preceding comparative tests and examples had the following chemical analysis in weight o / o: 45.02% silica, 38.32% alumina, 1.66% titanium dioxide, 0.06% / 0 lime, 0.14% magnesium oxide, 0.13 / 0 soda and 0.05% potassium carbonate.
The grain size of the slag wool used was determined so that at least 25 to 35% remained on a sieve with an opening of 1.9 cm and a maximum of 15 to 20% passed through a sieve with openings of 0.64 cm.
The fiber diameter was 2 to 40 μm. Chemical composition in percentages by weight: 34 to 42% silicon dioxide, 39 to 45% calcium oxide, 8 to 14% aluminum oxide, 2 to 8% magnesium oxide and trace elements such as iron, sulfur and manganese.
A comparison of the panels produced according to Examples 1 to 4 is given in the following table:
Table modified starch Form Neutralizing agent Modulus of fracture in g / cm2 Comparison test 1 Maleate starch dry H2SO4 10.4
Aluminum sulfate 12.0 Comparative test 2 Maleate starch slurry H2SO4 22.0
Aluminum sulfate 22.0 Example 1 Phthalate starch dry H2SO4 22.3
Aluminum sulfate 21.0 Example 2 Phthalate starch slurry H2SO4 23.2
Aluminum sulfate 24.4
Although corn starch was used in the comparative experiments and examples, the method according to the invention has the additional advantage that other modified starches which for any reason cannot be produced well or economically in dry form or which are difficult to handle can be used.
For example, starch with a high protein content or very fine-grained starch, such as wheat starch or dry-milled starches, all of which are difficult to filter and dry, can be used to make Fourdrinier panels, starting from slurries of the modified starch.