DD294458A5

DD294458A5 - Verbundwerkstoff und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DD294458A5
Application number: DD90340767A
Authority: DD
Inventors: Mirza A Baig
Original assignee: ��@��@��@��k��
Priority date: 1988-11-18
Filing date: 1990-05-17
Publication date: 1991-10-02
Also published as: CA2003046A1; RU2101252C1; MD950087A; BR8907778A; DE68921009T2; US5320677A; FI100100B; EG20287A; ES2072911T3; EP0444153B1; EP0444153A4; CA2003046C; EP0444153A1; DK90191D0; NO911935L; LT3922B; IE68456B1; AU4828690A; LV11025A; NO911935D0

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff, der durch Mischen von Gips und Wirtsteilchen einer festeren Substanz, wie z. B. Holzfasern, in einer verduennten Aufschlaemmung, Erwaermen der Aufschlaemmung unter Druck zur Umwandlung von Gips in Calciumsulfat-a-Halbhydrat und starke Entwaesserung der heiszen Aufschlaemmung vor dem Rehydratisieren des Halbhydrats zurueck zu Gips hergestellt wird. Der sich ergebende Werkstoff ist eine homogene Masse, die physikalisch mit den getrennten Wirtsteilchen verzahnte Gipskristalle enthaelt. Gemaesz einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine verbesserte Wandbauplatte mit Feuerbestaendigkeit, Maszbestaendigkeit und ausgezeichneten Festigkeitseigenschaften durch Komprimieren der Verbundmasse vor ihrem Hydratisieren bis zum abschlieszenden Abbinden hergestellt.{Verbundwerkstoff; Gips; Wirtsteilchen; Holzfaser; Aufschlaemmung; Calziumsulfat-a-Halbhydrat; Entwaesserung; Rehydratisieren; Wandbauplatte; Feuerbestaendigkeit; Maszbestaendigkeit}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen neuen Verbundwerkstoff, genauer gesagt, einen Gips-Zellulosefaser-Verbundwerkstoff, der besonders gut zur Herstellung von Bau- und Putzprodukten verwendbar ist, und noch genauer, einen feuerbeständigen Gips-Holzfaser-Verbundwerkstoff.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bestimmte Eigenschaften von Gips (Calciumsulfatdihydrat) machen ihn für den Einsatz bei der Herstellung industrieller und Bauputze und anderer Bauerzeugnisse, besonders Gipswandbauplatten, sehr beliebt. Es ist ein reichlich vorhandenes und im allgemeinen billiges Rohmaterial, das durch ein Dehydrierungs- und Rehydrierungsverfahren gegossen, durch Gießen oder in anderer Weise geformt werden kann. Er ist auch unbrennbar und relativ diemensionsstabil, wenn er Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Es ist jedoch ein spröder, kristalliner Werkstoff, der relativ niedrige Zug- und Biegefestigkeit besitzt; sein Einsatz ist im typischen Fall auf nichttragende und nicht stoßbelastete Anwendungen beschränkt.

Gipswandbauplatten, die auch als Gips- oder Trockenbauplatten bekannt sind, bestehen aus einem rehydratisierten Gipskern, der zwischen mehrschichtigen Papierdecklagen eingeschlossen ist, und werden in großem Maße für Innenwand- und Deckenanwendungen eingesetzt Die Papierdecklagen tragen in beträchtlichem Maß zur Festigkeit der Gipsplatte bei, beeinträchtigen dabei aber ihre Feuerbeständigkeit. Weiterhin kann wegen der Sprödigkeit und mangelhaften Nagel- und Schraubenhalteeigenschaften ihres Gipskerns die herkömmliche Trockenbauplatte von sich aus keine schweren angehängten Lasten tragen oder einen starken Schlag aufnehmen.

Dementsprechend wird seit langem eifrig nach Mitteln zur Verbesserung der Zug-, Biege-, Nagel- und Schraubenhaltefestigkeit und Stoßbeständigkeit von Gipsputzen und Bauerzeugnissen gesucht, und die Suche geht weiter.

Ein weiterer leicht verfügbarer und preiswerter Werkstoff, der auch in großem Maße in Bauerzeugnissen verwendet wird, ist holzzellulosehaltiges Material, speziell in Form von Holz- und Papierfasern. Zum Beispiel sind neben Bauholz Spanplatten, Preßspanplatten, Kassettenplatten, Sperrholz und Hartfaserplatten einige der Formen von verarbeiteten holzzellulosehaltigen Produkten, die in der Bauindustrie verwendet werden. Solche Werkstoffe weisen eine bessere Zug- und Biegefestigkeit als Gips auf. Sie sind jedoch im allgemeinen teurer, haben eine geringere Feuerbeständigkeit und quellen bei Einwirkung von Feuchtigkeit oft an oder verwerfen sich. Deshalb sind auch preiswerte Mittel zur Verbesserung dieser begrenzenden Eigenschaften der aus holzzellulosehaltigen Materialien hergestellten Bauerzeugnisse erwünscht.

Vorherige Versuche, die günstigen Eigenschaften von Gips und zellulosehaltigen Fasern, besonders Holzfasern zu kombinieren, hatten einen sehr begrenzten Erfolg. Versuche, zellulosehaltige Fasern (oder, was das angeht, andere Fasern) Gipsputz und/oder dem Gipskern zuzusetzen, haben im allgemeinen wegen der bisherigen Unfähigkeit, eine ausreichende Bindung zwischen den Fasern und dem Gips zu erreichen, nur eine kleine oder gar keine Vergrößerung der Festigkeit erzeugt. Die US-Patentschriften 4,328,128,4,239,716,4,392,896 und 4,645,548 legen Beispiele aus jüngster Zeit offen, in denen Holzfasern oder andere natürliche Fasern einer Stuckgips-(Calciumsulfathalbhydrat-)Aufschlämmung untergemischt wurden und dabei als Verstärkermittel für eine rehydratisierte Gipsplatte oder dergleichen dienten. In ähnlicher Weise waren Versuche, Gipsteilchen Holzfasererzeugnissen beizumischen, wegen der Unfähigkeit, genügend Gips im Erzeugnis zu behalten, um die Feuerbeständigkeit oder die Maßbeständigkeit wesentlich zu verbessern, enttäuschend.

Kürzlich hatten mehrere Produzenten bei der Herstellung von Plattenerzeugnissen Erfolg, die eine Kombinatin von Gips und Holz- oder Papierfasern enthielten. Bei mehreren dieser Verfahren wird calcinierter Gips (Stuckgips) mit Holz- oder Papierfasern und Wasser zu einer Aufschlämmung vermischt, dann während oder vor der Rehydratisierung des Stucks zu erstarrtem Gips gepreßt.

Bei einem solchen Verfahren (Verfahren A des bekannten Standes der Technik) wird Abfallpapier mit Stück in einer wäßrigen Aufschlämmung vermischt, die dann auf ein Filztransportband gegossen und entwässert wird. Der dünne Halbhydrat-Papier-Filterkuchen wird spiralig zum Aufbau einer Plattendicke auf einen Zylinder gewickelt, dann auf Länge geschnitten. Die grünen Baupappen werden zwischen Hartfaserplatten auf Karren gestapelt, man läßt sie etwa 3 bis 4 Stunden lang hydratisieren. Die abgebundenen Platten werden dann getrocknet, beschnitten und, je nach Notwendigkeit, besandet und versiegelt. Bei dem sogenannten „halbtrockenen" Verfahren (Verfahren B des bekannten Standes der Technik) werden Stuck und Abfallpapier trocken vermischt. Ein Teil des für die Rehydratisierung benötigten Wassers wird einem zweiten Mischer zugesetzt, und das Mischmaterial wird auf einem kontinuierlich laufenden Band zu verschiedenen Schichten geformt. Der Rest des benötigten Wassers wird auf die verschiedenen Schichten aufgesprüht, die dann vor dem Einlauf in eine kontinuierlich arbeitende Presse zu einer mehrschichtigen Bahn verbunden werden. Nach dem anfänglichen Abbinden werden die Rohplatten geschnitten und besäumt, dann binden sie vollständig auf einem Lagerband ab und werden getrocknet. Bei einem weiteren sogenannten „halbtrockenen" Verfahren (Verfahren C des bekannten Standes der Technik) werden Stuck und flache Holzspäne trocken vorgemischt. Wasser in Form von Eis oder Schnee wird der Mischung dosiert zugeführt, die dann auf einer endlosen Matte am Boden einer kontinuierlich arbeitenden Presse verteitl wird. Nacch dem Zusammendrücken der Matte auf die gewünschter Dicke schmilzt das Eis langsam, anschließend erfolgt die Hydratisierung. Nach dem abschließenden Abbinden der Platte wird diese geschnitten, besäumt und getrocknet. Das Besanden ist wahrscheinlich wünschenswert, wenn nicht erforderlich.

Die Untersuchung handelsüblicher Platten aus diesen Verfahren zeigt, daß sie aus einer verdichteten Mischung, von getrennten Gips- und Fasermaterialien bestehen, d.h., sie sind mehr eine physikalische Mischung als ein homogener Verbundwerkstoff. Während man sagen könnte, daß der Gips als Bindemittel für eine Bindung der Fasern in dieser Platte sorgt oder als Bindemittel für die Fasern in dieser Platte dient, scheint es keinerlei nennenswerte direkte physikalische Verzahnung oder chemische Bindung zwischen den Gipskristallen und den Fasern zu geben. Weiterhin zeigen diese Platten keine gute Homogenität und Gleichförmigkeit der Eigenschaften, wie z. B. der Dichte und Festigkeit, über ihre ganze Ausdehnung, sei es wegen der Art und Weise, in der diese Platten geformt werden, oder wegen der mechanischen Mischung von Gipskristallen und Fasern und/oder wegen der Verklumpung der Papierfasern oder des Stucks.

Gemäß einem Verfahren (Verfahren O des bekannten Standes der Technik), das in der kürzlich veröffentlichten Patentschrift 4,734,163 beschrieben wurde, wird Roh- oder uncalcinierter Gips fein gemahlen und feucht mit 5-10% Papierstoff gemischt. Der Brei wird teilweise entwässert, zu einem Filterkuchen geformt und mit Druckwalzen weiter entwässert, bis das Wasser/Feststoff-Verhältnis kleiner als 0,4 ist. Der Kuchen wird in grüne Platten zerschnitten, die nach dem Besäumen und Schneiden zwischen doppelten Stahlplatten gestapelt und in einen Autoklaven gelegt werden. Die Temperatur im Autoklaven wird zur Umwandlung des Gipses in Calciumsulfat-a-Halbhydrat auf etwa 140⁰C erhöht. Während der anschließenden schrittweisen Abkühlung der Behälterplatten wird das Halbhydrat zurück in das Dihydrat (Gips) rehydratisiert, und das verleiht der Platte den Zusammenhalt. Die Platten werden dann getrocknet und je nach Bedarf fertigbearbeitet.

Dieses Verfahren unterscheidet sich von früheren darin, daß die Calcinierung des Gipses in Gegenwart der Papierfasern stattfindet.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Verbundwerkstoff mit höherer Festigkeit sowie ein effektiveres Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, auf der Basis des Verbundwerkstoffes eine Wandbauplatte zur Verfügung zu stellen, die eine gleichmäßige gute Festigkeit einschließlich der Beständigkeit gegen das Herausziehen von Nägeln und Schrauben über ihre ganze Ausdehnung aufweist, die maßbeständiger ist und ihre Festigkeit auch in einer feuchten Umgebung behält, die feuerbeständig ist und zu vernünftigen Kosten nach einem wirtschaftlichen Verfahren hergestellt werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbundwerkstoff und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu entwickeln, der Gips mit einer anderen Substanz mit hoher Festigkeit, wie z. B. Holzfaser für den Einsatz bei der Herstellung festerer Gießerzeugnisse, Putze, Bauerzeugnisse und für andere Anwendungen kombiniert.

Eine spezielle Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Anwendung des Verbundwerkstoffes in einer homogenen papierlosen Wandbauplatte zu sichern und dafür ein rationelles Verfahren bereitzustellen. Erfindungsgemäß wird die Hauptaufgabe in ihrer weitesten Auslegung durch Calcinieren von gemahlenem Gips unter Druck in einer verdünnten Aufschlämmung in Gegenwart eines Wirtsteilchens eines festeren Materials realisiert.

Der Begriff .Gips", wie hier verwendet, bedeutet Calciumsulfat im stabilen Dihydratzustand, d.h. CaSO₄ 2 H₂O, und umfaßt das natürlich vorkommende Material, die synthetisch gewonnenen Äquivalente und das durch die Hydratisierung von Calciumsulfathalbhydrat (Stuckgips) oder Anhydrit gebildete Dihydrat.

Der Begriff ,Wirtsteilchen " soll jedes makroskopische Teilchen, wie z. B. eine Faser, einen Span oder einen Flachspan, einer von Gips verschiedenen Substanz umfassen. Das Teilchen muß auch zugängliche Hohlräume, seien es Löcher, Risse, Spalten, hohle Kernbereiche oder andere Oberflächenfehler, in denen sich Calciumsulfatkristalle bilden können, aufweisen. Es ist auch wünschenwert, daß solche Hohlräume über einen beträchtlichen Anteil des Teilchens vorhanden sind; dabei ist offensichtlich: Je mehr Hohlräume vorhanden sind und je besser sie verteilt sind, desto stärker und geometrisch stabiler ist die physikalische Bindung zwischen dem Gips und dem Wirtsteilchen. Die Wirtsteilchensubstanz soll wünschenswerte Eigenschaften haben, die dem Gips fehlen, und zwar zumindest vorzugsweise höhere Zug- und Biegefestigkeit. Eine holzzeluiosehaltige Faser, besonders eine Holzfaser, ist ein Beispiel für ein Wirtsteilchen, das für den Verbundwerkstoff und das Verfahren der Erfindung besonders geeignet ist. Deshalb werden Holzfasern aus praktischen Gründen im folgenden oft statt des übergeordneten Begriffs verwendet, ohne das Material und/oder die Teilchen einschränken zu wollen, die sich als „Wirtsteilchen" eignen. Der uncalcinierte Gips und Wirtsteilchen werden mit ausreichend Flüssigkeit vermischt und bilden eine verdünnte Aufschlämmung, die dann unter Druck erwärmt wird, um den Gips zu calcinieren; dadurch wird er in ein Calciumsulfat-a-Halbhydrat umgewandelt. Obwohl die Mikromechanik der Erfindung noch nicht vollständig verständlich ist, glaubt man, daß die verdünnte Aufschlämmung das Wirtsteilchen durchnäßt, wobei sie aufgelöstes Calciumsulfat in dessen Hohlräume transportiert. Schließlich bildet das Halbhydrat in der ursprünglichen Lage in den Hohlräumen und in deren Nähe Kristallkeime und, vorwiegend nadeiförmige Kristalle. Falls gewünscht, können der Aufschlämmung Kristallmodifikatoren zugesetzt werden. Der sich ergebende Verbundwerkstoff ist ein physikalisch mit Calciumsulfatkristallen verzahntes Wirtsteilchen. Diese Verzahnung bewirkt nicht nur eine gute Bindung zwischen dem Calciumsulfat und dem festeren Wirtsteilchen, sondern verhindert auch die Wanderung des Calciumsulfats vom Wirtsteilchen weg, wenn das Halbhydrat anschließend in das Dihydrat (Gips) rehydratisiert wird.

Unmittelbar vor dem Kühlen kann das Material getrocknet werden, um einen stabilen, aber rehydratisierbaren Halbhydratverbundwerkstoff für den späteren Einsatz zu erhalten. Wenn es andernfalls sofort direkt in eine einsetzbare Produktform umgewandelt werden soll, kann der Verbundwerkstoff außerdem von im wesentlichen der ganzen, außer der für die Rehydratisierung benötigten Flüssigkeit, abgetrennt werden, mit anderen ähnlichen Teilchen des Verbundwerkstoffs in eine gewünschte Form gebracht und dann zu einer abgebundenen und stabilisierten Gipsverbundmasse rehydratisiert werden. Eine große Zahl solcher Verbundteilchen bildet eine Werkstoffmasse, die vor dem abschließenden Abbinden verdichtet, zu Platten gepreßt, gegossen, bildhauerisch gestaltet, in Gießformen oder auf andere Weise in die gewünschte Form gebracht werden kann. Nach dem abschließenden Abbinden kann der Verbundwerkstoff geschnitten, mit dem Meißel bearbeitet, gesägt, gebohrt und auf andere Weise maschinell bearbeitet werden. Außerdem zeigt er die gewünschte Feuerbeständigkeit und Maßbeständigkeit des Gipses zuzüglich bestimmter Verstärkungen (besonders Festigkeit und Zähigkeit), die durch das Material des Wirtsteilchens beigesteuert werden.

Gemäß der bevorzugten Realisierungsvariante der Erfindung ist das Wirtsteilchen eine Holzfaser oder ein flacher Holzspan. Das Verfahren zur Herstellung eines Gips-Holzfaser-Verbundwerkstoffs gemäß der Erfindung beginnt mit dem Vermischen von etwa 0,5Ma.-% bis etwa 30Ma.-%, vorzugsweise 10Ma.-% bis 20 Ma.-%, Holzfasern mit dem entsprechenden Ergänzungswert von

gemahlenem, aber uncalciniertem Gips. Die trockene Mischung wird mit ausreichend Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, versetzt und bildet eine verdünnte Aufschlämmung, die etwa 70Ma.-% bis 95Ma.-% Wasser enthält. Die Aufschlämmung wird in einem Druckbehälter bei einer Temperatur verarbeitet, die zur Umwandlung des Gipses in Calciumsulfathalbhydrat ausreicht. Es ist ratsam, die Aufschlämmung unter leichtem Rühren oder Mischen kontinuierlich hin- und herzubewegen, um alle Faserklumpen zu zerstören und alle Teilchen in der Schwebe zu halten. Nach dem Ausfallen des Halbhydrats aus der Lösung und dem Rekristallisieren wird die Produktaufschlämmung aus dem Autoklaven ausgegossen und noch in heißem Zustand nahezu vollständig entwässert, dabei bildet sich ein Filterkuchen. Vorzugsweise werden 70-90% des nicht umgesetzten Wassers an diesem Punkt des Verfahrens aus der Aufschlämmung entfernt.

Wenn der Halbhydratzustand des Verbundwerkstoffs gewünscht wird, wird der Filterkuchen auf hoher Temperatur, z. B. etwa 82 ⁰C gehalten, bis alles restliche freie Wasser ausgetrieben wird. Der getrocknete Filterkuchen kann dann zerkleinert werden und ergibt ein leicht zu handhabendes, speicherndes oder umzuformendes Pulver oder teilchenförmiges Material. Andernfalls kann das entwässerte Filterkuchenmaterial sofort gepreßt, in Formen gegossen oder auf andere Weise geformt und auf eine Temperatur abgekühlt werden, danach hydratisiert das Calciumsulfathalbhydrat zu Gips, während es sich immer noch an der ursprünglichen Stelle in den Holzfasern oder in deren Nähe befindet. Nach dem Abschluß der Hydratisierung wird die erstarrte Masse vorzugsweise sofort getrocknet, um alles restliche freie Wasser zu entfernen.

Entsprechend einer anderen speziellen Realisierungsvariante der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Gips-Holzfaser-Verbundplatten bereitgestellt Das Verfahren zur Mischung und Behandlungt der Gips- und Holzfaseraufschlämmung im Autoklaven ist im wesentlichen identisch mit dem oben beschriebenen. Der Produktaufschlämmung können bestimmte verfahrensmodifizierende oder eigenschaftsverstärkende Additive, wie z. B. Beschleuniger, Verzögerer, massereduzierende Füllstoffe usw. zugesetzt werden, vorzugsweise nach dem Abgießen aus dem Autoklaven und vor ihrer Entwässerung. Die Produktaufschlämmung wird auf ein kontinuierlich laufendes Filztransportband von der Art, wie es bei der Papierherstellung verwendet wird, gegossen und so weit wie möglich von nicht gebundenem Wasser befreit. Die ersten Laborerfahrungen haben gezeigt, daß in diesem Stadium immerhin 90% Wasser entfernt werden können. Der noch heiße Filterkuchen wird feuchtzu einer Platte von gewünschter Dicke und/oder Dichte gepreßt. Wenn die Platte eine spezielle Oberflächentextur oder eine beschichtete Oberfläche erhalten soll, so soll das vorzugsweise während dieses Verfahrensschrittes oder danach erfolgen. Während des Naßpressens, das vorzugsweise mit wachsendem Druck durchgeführt wird, um das Produkt unversehrt zu lassen, ereignet sich zweierlei. Weiteres Wasser, z. B. etwa 80-90% des Restwassers wird entfernt. Und als Folge dessen wird der Filterkuchen weiter abgekühlt. Es kann jedoch eine weitere Kühlung erforderlich sein, um die Temperatur der gepreßten Matte innerhalb einer vernünftigen Zeitdauer unter die Rehydratisierungstemperaturzu senken. Nach dem Abschluß der Rehydratisierung können die Platten, falls gewünscht, geschnitten und besäumt und dann durch einen Trockenofen geschickt werden. Vorzugsweise soll die Trocknungstemperatur so niedrig gehalten werden, daß die Recatcinierung von Gips auf der Oberfläche vermieden wird. Eine nach dem vorher beschriebenen Verfahren hergestellte Gips-Holzfaser-Verbundplatte bietet eine synergistische Kombination von positiven Merkmalen und Eigenschaften, die die derzeit verfügbaren Platten nicht liefern können. Sie bietet erhöhte Festigkeit einschließlich der Nagel- und Schraubenausziehfestigkeit gegenüber der herkömmlichen Gipsplatte. Sie bietet eine größere Feuerbeständigkeit und bessere Maßbeständigkeit in feuchter Umgebung als Bauholz, Faserplatte, Spanplatte, Hartfaserplatte oder dergleichen. Außerdem kann sie in einem bestimmten Dichte- und Dickenbereich hergestellt werden. Und, wie aus den folgenden Tabellen hervorgeht, kann die Erfindung eine Verbundplatte mit einer Bruchfestigkeit herstellen, die konkurrenzfähig zu den nach den Verfahren des früher bekannten Standes der Technik hergestellten, die konkurrenzfähig zu den nach den Verfahren des früher bekannten Standes der Technik hergestellten Gipsfaserprodukten ist, aber bei niedriger Dichte und deshalb niedrigerem Gewicht und wahrscheinlich niedrigeren Kosten.

Ausführungsbeispiele

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden demjenigen Fachmann auf diesem Gebiet erkennbar, der sich mit der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen befaßt, die einen Teil der vorliegenden Patentbeschreibung bilden und von denen

Bild 1 ein schematisches Diagramm eines Verfahrens zur Bildung eines Verbundwerkstoffs gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung ist, Bild 2 ein schematisches Diagramm eines anderen Verfahrens zur Bildung einer Verbundplatte gemäß einer anderen Erscheinungsform der Erfindung ist. Bild 3 eine rasterelektronenmikroskopische (SEM-) Aufnahme (100x) einer Gruppe von Holzfasern ist. Bild 4 eine SEM-Aufnähme (100x) einer Gruppe von Gips-Holzfaser-Verbundteilchen ist. Bild 5 eine SEM-Aufnahme (1000χ) des Querschnitts einer Gruppe von Holzfasern ist. Bild 6 eine SEM-Aufnahme (100Ox) des Querschnitts eines Verbundteilchens gemäß der Erfindung ist, Bild 7 eine SEM-Aufnahme (100Ox) der Oberfläche einer Holzfaser ist. Bild 8 eine SEM-Aufnahme (400Ox) derselben Holzfaser wie in Bild 7 ist, die einen Gipskristall in der Öffnung eines

angrenzenden Loches zeigt,

dieBilder9(a),9(b),9(c),9(d),9(e)und9(f)SEM-Aufnahmen(20x,100x,200x,500x,1000x bzw. 1000x) eines Querschnittsdurch eine nach einem Verfahren des bekannten Standes der Technik hergestellte Gips-Holzspan-Platte sind unddie Bilder 10(a), 10(b), 10(c), 10(d), 10(e) und 10(f) SEM-Aufnahmen (5Ox, 100x, 50Ox, 100Ox bzw. 250Ox) eines Querschnittsdurch eine gemäß der Erfindung hergestellte Verbundplatte sind.

Das Grundverfahren beginnt entsprechend der schematischen Darstellung in Bild 1 mit dem Mischen von uncalciniertem Gips, Wirtsteilchen (Holzfasern) und Wasser zu einer verdünnten wäßrigen Aufschlämmung. Der Gips kann aus einem Roherz oder aus einem Nebenprodukt einer Rauchgasentschwefelung oder einem Phosphorsäureverfahren gewonnen werden. Der Gips soll eine relativ hohe Reinheit besitzen, d. h. vorzugsweise mindestens ca. 92-96%, und fein gemahlen sein, z. B. für

92-96% Siebnummer minus 100 oder kleiner. Größere Teilchen können die Umwandlungszeit vergrößern. Der Gips kann entweder als Trockenpulver oder mit einer wäßrigen Aufschlämmung eingebracht werden.

Das Ausgangsmaterial für die zellulosehaltige Faser kann Abfallpapier, Holzschliff, flache Holzspäne und/oder ein anderes Pflanzenfaserausgangsmaterial sein. Die Faser soll vorzugsweise porös, hohl, gespalten sein und/oder eine rauhe Oberfläche besitzen, so daß seine physikalische Geometrie zugängliche Zwischenräume oder Hohlräume bietet, die das Eindringen von gelöstem Calciumsulfat ermöglichen. Auf jeden Fall kann das Ausgangsmaterial, z. B. Holzschliff, auch die vorherige Verarbeitung erfordern, um Klumpen zu zerkleinern, über- und unterdimensionales Material zu trennen und, in einigen Fällen, die Festigkeitsentwicklung verzögernde Stoffe und/oder Verunreinigungen vorher herauszuziehen, die die Calcinierung des Gipses negativ beeinflussen könnten, wie z.B. Hemizellulosen, Essigsäure usw.

Der gemahlene Gips und Holzfasern werden mit einem Verhältnis von etwa 0,5 bis30Ma.-% Holzfasern gemischt. Zur Herstellung einer Aufschlämmung mit einem Feststoffanteil von etwa 5-30Ma.-% wird ausreichend Wasser zugesetzt, obwohl bis jetzt 5-10 Ma.-% für eine effektive Verarbeitung und Handhabung in der zur Verfügung stehenden Laboranlage vorzuziehen waren. Die Aufschlämmung wird in einen Druckbehälter eingeleitet, der mit einem kontinuierlich arbeitenden Rühr- oder Mischwerk ausgestattet ist. An diesem Punkt können, falls gewünscht, der Aufschlämmung Kristallmodifikatoren, wie z. B. organische Säuren, zugesetzt werden, um die Kristallisation zu stimulieren oder zu verzögern oder um die Calcinierungstemperatur zu senken. Nach dem Schließen des Gefäßes wird Dampf in das Gefäß eingeblasen, um die Temperatur im Inneren des Gefäßes auf einen Wert von etwa 212°F (100⁰C) bis etwa 35O⁰F (177⁰C) bei dem sich selbst einstellenden Druck zu erhöhen; dabei ist die niedrigere Temperatur annähernd das praktische Minimum, bei dem das Calciumsulatdihydrat innerhalb einer vernünftigen Zeitspanne durch Calcinieren in den Halbhydratzustand überführt wird, und die höhere Temperatur ist annäherend die maximale Temperatur für das Calcinieren des Halbhydratsohne übermäßiges Risiko, daß ein Teil des Calciumsulfathalbhydrats in Anhydrit umgewandelt wird. Auf der Grundlage der bisherigen Arbeit liegt die Autoklaventemperatur vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 285⁰F (140°C) bis 305⁰F (152°C).

Wenn die Aufschlämmung unter diesen Bedingungen über einen ausreichenden Zeitabschnitt, z. B. etwa 15 Minuten, verarbeitet wird, wird genügend Wasser aus dem Calciumsulfatdihydratmolekül ausgetrieben, so daß es in das Halbhydratmolekül umgewandelt wird. Die Lösung benetzt unter Mitwirkung des kontinuierlichen Rührens, um die Teilchen in der Schwebe zu halten, die offenen Hohlräume in den Wirtsteilchen und dringt in dieselben ein. Wenn die Sättigung der Lösung erreicht ist, bildet das Halbhydrat Kristallkeime und beginnt, in und auf den Hohlräumen und um sie herum sowie entlang der Wände der Wirtsteilchen Kristalle zu bilden.

Nach dem Abschluß der Umwandlung des Dihydrats in das Halbhydrat können optionale Zusatzstoffe eingeleitet und die Aufschlämmung in die Entwässerungsvorrichtung entleert werden. In der Entwässerungsvorrichtung werden immerhin 90% des Wassers der Aufschlämmung entfernt; es bleibt ein Filterkuchen mit einem Wassergehalt von ca. 35Ma.-% zurück. In diesem Stadium besteht der Filterkuchen aus Holzfasern, die mit Kristallen von rehydratisierbarem Calciumsulfathalbhydrat verzahnt sind und noch in einzelne Verbundfasern oder -knötchen zerlegt, geformt, gegossen oder durch Komprimieren auf eine höhere Dichte gebracht werden können. Wenn der Verbundwerkstoff, falls gewünscht, für spätere Verwendung in diesem rehydratisierbaren Zustand gehalten werden soll, muß er sofort getrocknet werden, um das restliche freie Wasser vor dem Einsetzen der Hydratisierung zu entfernen.

Im anderen Fall kann der entwässerte Filterkuchen direkt in die gewünschte Produktform geformt und dann zu einer erstarrten Verbundmasse von Calciumsulfatdihydrat und Holzfasern rehydratisiert werden. Dazu wird die Temperatur des gebildeten Filterkuchens auf etwa 120°F (49⁰C) gesenkt. Obwohl das Entfernen des größten Teils der Wassermenge im Entwässerungsschritt wesentlich zur Absenkung der Filterkuchentemperatur beiträgt, kann eine zusätzliche äußere Kühlung erforderlich sein, um den gewünschten Wert innerhalb einer vernünftigen Zeitspanne zu erreichen. Je nach den in der Aufschlämmung vorhandenen Beschleunigungs- und Verzögerungsmitteln, Kristallmodifikatoren oder anderen Zusatzstoffen kann die Hydratisierung in einem Zeitbereich von nur ein paar Minuten bis zu einer Stunde oder länger ablaufen. Durch die Verzahnung der nadeiförmigen Halbhydratkristalle mit den Holzfasern und durch den Entzug des größten Teils der Trägerflüssigkeit aus dem Filterkuchen wird die Abwanderung des Calciumsulfate verhindert, dadurch bleibt ein homogener Verbundwerkstoff zurück. Die Rehydratisierung bewirkt eine Rekristallisation des Halbhydrats in das Dihydrat innerhalb der Hohlräume und um dieselben herum sowie auf den Holzfasern und in deren Nähe, dadurch wird die Homogenität des Verbundwerkstoffs bewahrt. Das Kristallwachstum verbindet auch die Catciumsulfatkristalle auf benachbarten Fasern, so daß sich eine kristalline Gesamtmasse bildet, deren Festigkeit durch die Verstärkung mit den Holzfasern erhöht wird. Vor dem Abschluß der Hydratisierung ist es wünschenswert, die Verbundmasse sofort zu trocknen, um das restliche freie Wasser zu entfernen. Andernfalls neigen die hygroskopischen Holzfasern zum Festhalten oder sogar Absorbieren von ungebundenem Wasser, das später verdampft. Wenn die Calciumsulfatbeschichtungvor dem Austreiben des überschüssigen Wassers vollständig abgebunden ist, können die Fasern beim Verdampfen des ungebundenen Wassers schrumpfen und den Gips wegreißen. Deshalb sollte man es zum Erreichen optimaler Ergebnisse vorziehen, der Verbundmasse so viel überschüssiges Wasser wie möglich zu entziehen, bevor die Temperatur unter den Wert sinkt, bei dem die Hydratisierung einsetzt. Nach dem abschließenden Abbinden weist der ungewöhnliche Verbundwerkstoff die gewünschten Eigenschaften auf, die von seinen beiden Bestandteilen stammen. Die Holzfasern erhöhen die Festigkeit, besonders die Biegefestigkeit, der Gipsmatrix, während der Gips als Umhüllung und Bindemittel zum Schutz der Holzfaser dient, den Feuerwiderstand erhöht und die Ausdehnung auf Grund von Feuchtigkeit verringert.

Eine besonders geeigneteren diskutierte Anwendung des Gips-Holzfaser-Verbundwerkstoffs ist die Herstellung einer Verbundbauplatte. Ein Verfahren zur Herstellung der Verbundbauplatte ist schematisch in Bild 2 dargestellt. Wie beim Grundverfahren von Bild 1 bestehen die eingegebenen Materialien aus uncalcinierten Gipsteilchen, gereinigter Zellulosefaser, vorzugsweise Holzfaser, und Wasser. Der Gips und die Holzfasern werden in entsprechenden Anteilen von etwa 5 zu 1 gemischt und genügend Wasser zur Herstellung einer Aufschlämmung zugesetzt, die vorzugsweise einen Feststoffgehalt von etwa 5-10% hat. Die Aufschlämmung wird in einem Dampfautoklaven bei einer Temperatur, die vorzugsweise zwischen etwa 140X und 152°C liegt, bei sich automatisch einstellendem Druck über eine Zeitspanne verarbeitet, die zur Umwandlung der gesamten Gipsmenge in faserartiges Calciumsulfat-a-Halbhydrat ausreicht. Die Aufschlämmung wird vorzugsweise kontinuierlich gemischt oder gerührt, um Faserklumpen zu zerkleinern und die Materialien während der Umwandlung in der Schwebe zu halten.

Wieder glaubt man, daß das gelöste Calciumsulfat während des Autoklavenbetriebes in die Hohlräume in den Holzfasern eindringt und anschließend als nadeiförmige Halbhydratkristalle in den Hohlräumen und auf den Oberflächen der Holzfasern sowie in deren Nähe ausfällt Nach dem Abschluß der Umwandlung werden die gewünschten Zusatzstoffe eingeleitet, und die Aufschlämmung wird auf eine Entwässerungsvorrichtung gegossen. Während die Temperatur der Produktaufschlämmung immer noch hoch ist, wird so viel Wasser wie möglich entfernt. Nach der Entwässerung vor dem Absinken der Temperatur der Produktaufschlämmung unter die Rehydratisierungstemperatur wird der Filterkuchen einige Minuten lang naßgepreßt, um den Wassergehalt weiter zu verringern und um die gewünschte Endproduktdicke und/oder -dichte zu erreichen. Wieder wird, falls notwendig, mit Unterstützung durch äußere Kühlung die Temperatur des Filterkuchens auf einen Wert unterhalb von 49⁰C gesenkt, so daß die Rehydratisierung ablaufen kann. Die Rehydratisierung kristallisiert den Gips an Ort und Stelle um, der physikalisch mit den Holzfasern verzahnt ist. Die gepreßte Platte wird dann umgehend bei einer Temperatur zwischen etwa 110°F (43°C) und 125°F (52"C), vorzugsweise etwa 120⁰F (49°C), getrocknet. Die abgebundene und getrocknete Platte kann geschnitten und auf andere Art und Weise entsprechend der gewünschten Richtlinie fertigbearbeitet werden.

Falls eine spezielle Oberflächenbehandlung für die Platte gewünscht wird, kann das vorerwähnte Verfahren so modifiziert werden, daß der zusätzliche Arbeitsgang ausgeführt wird. Zum Beispiel ist sofort erkennbar, daß der aus dem Autoklaven entleerten Produktaufschlämmung zusätzliches trockenes gemahlenes Dihydrat zugesetzt werden könnte, das der heißen Aufschlämmung in über das Entwässerungsband verteilter Form aufgestreut oder auf den gebildeten Filterkuchen vor dessen vollständiger Entwässerung aufgesprenkelt wird, um eine glattere, heller gefärbte und/oder gipsreiche Oberfläche auf der fertigen Platte zu erhalten. Eine spezielle Oberflächentextur kann dem Filterkuchen bei der Naßpressung verliehen werden, um eine Platte mit einer strukturierten Oberflächenbeschaffenheit zu erzeugen. Ein Oberflächenlaminat oder eine Oberflächenbeschichtung würde man wahrscheinlich nach dem Arbeitsgang Naßpressen und möglicherweise nach dem Endtrocknen aufbringen. Auf jeden Fall werden den Fachleuten auf diesem Gebiet viele weitere Variationen zu diesem Aspekt des Verfahrens einfallen.

Ein erwartetes Merkmal dieses Verfahrens ist, daß die zum Trocknen des Produktes als einer im wesentlichen entwässerten, papierlosen Platte benötigte Energie beträchtlich kleiner als die ist, die bei der Herstellung einer vergleichbaren herkömmlichen Gipsplatte benötigt wird.

Die vier Verbundwerkstoff proben, die in Tabelle I unten angeführt werden, wurden durch 4 verschiedene Verläufe des obenbeschriebenen Verfahrens unter Verwendung eines diskontinuierlich arbeitenden Systems hergestellt. In jedem Falle war der eingesetzte uncalcinierte Gips fein gemahlener Gips mit 92-96% Teilchen mit Maschenweite minus 100, und die eingesetzten Wirtsteilchen stammten aus thermomechanisch gereinigtem Kiefernholzschliff.

Alle vier Proben, A, B, C, D, wurden anschließend in die Form von Platten gepreßt. Das Pressen der entwässerten Aufschlämmung zur Herstellung der Probenplatten erfolgte durch allmähliches Erhöhen des Drucks auf 48,103,173,242,311 und 380 psi (ca. 331,710,1193,1669,2144 bzw. 262OkPa-d. Übers.) in Intervallen von 30 Sekunden. Probe A wurde jedoch nur 1Vz Minuten lang mit einem Maximalwert von 173psi (ca. 1193 kPa) gepreßt. Im Ergebnis dessen blieb die Temperatur von Probe A so hoch, daß die Trocknung vor der Rehydratisierung erfolgte und Probe A nach dem Test überwiegend aus Halbhydratmaterial bestand.

Andererseits wurden die Proben B, C und D volle 3 Minuten lang naßgepreßt, dann konnten sie zum vollständig abgebundenen Dihydrat rehydratisieren.

Dichte- und Bruchfestigkeitsmessungen wurden an 2 Prüfstücken von jeder Probe durchgeführt, und in Tabelle I wird der Durchschnittswert der 2 Messungen angegeben. Die Dichte wurde durch Division der gemessenen Masse durch das gemessene Volumen bestimmt, während die Bruchfestigkeit nach der ASTM-Prüfmethode D1037 bestimmt wurde.

Tabelle I

	Probe	83,3	B	83,3	C	83,3	D	89,9
	A
Feststoffe		16,7		16,7		16,7		10,1
Gips
Ma.-%vom Gesamtbetrag
Holzfaser	89,3	89,3	94,3	92,2
Ma.-%vom Gesamtbetrag	136	140	146	146
Wasser	1,5	3	3	3
Ma.-% von der gesamten
Aufschlämmung	0	60	60	60
Calcinierungstemperatur,°C	0,688	0,826	1,12	0,558
Preßzeit, min	17,5	21,0	28,4	14,2
Hydratisierungszeit nach	38,8	45	47,6	56,8
dem Pressen, min	621,5	720,8	762,5	909,9
Dicke, Zoll	396	967	841	984
mm, ca.	2730	6667	5798	6784
Dichte, Ibs/ft³
kg/m³
Bruchfestigkeit, psi
kPa,ca.

Die Oaten in Tabelle I widerspiegeln die Tatsache, daß eine Gips-Holzfaser-Verbundplatte in einem breiten Dichtebereich hergestellt werden kann. Tatsächlich sind im Labor Proben im Dichtebereich von etwa 26lbs./cubic foot (etwa 416 kg/m³) bis zu mehr als eOlbs./cubic foot (etwa 961 kg/m³) hergestellt worden. Der Vergleich der Bruchfestigkeitsmessungen mit den entsprechenden Dichtewerten von Tabelle I stützt im allgemeinen die Schlußfolgerungen aus anderen Laborarbeiten, daß die Festigkeit der Verbundplatte in etwa proportional zur Dichte ist. Es wird angenommen, daß die geringere Festigkeit von Probe C wahrscheinlich auf Schwierigkeiten bei der Handhabung der stärker verdünnten Aufschlämmung mit dem ungereinigten Laborapparat zurückzuführen ist.

Um einen gewissen Überblick über die Eigenschaften einer gemäß der Erfindung hergestellten Verbundplatte zu geben, wird Probe 8 mit repräsentativen Proben von herkömmlicher Gipsplatte, Holzfaserplatten und handelsüblichen Gips-Faser-Kombinatinsplatten verglichen, von denen einige, wie angegeben, mit den am Anfang dieser Patentbeschreibung diskutierten Verfahren des bekannten Standes der Technik hergestellt wurden. Der Zweck dieses Vergleichs besteht lediglich darin, die neue Verbundplatte in die Palette der konkurrierenden Plattenerzeugnisse einzuordnen. Da die spezifischen Eigenschaften schwanken können, auch bei einer gegebenen Plattenart oder -probe, sollte der Leser sich nicht versucht fühlen, strenge spezifische Schlußfolgerungen zu ziehen. Eine letzte Bemerkung: Alle in Tabelle Il angegebenen Daten wurden aus tatsächlichen im Labor durchgeführten Messungen gewonnen, außer wo ein Sternchen (*) angeführt ist. Die Ausnahmen mit Sternchen stellen Daten aus der verfügbaren Literatur dar.

Tabellen

Probe	Beschreibung	Dicke	Dichte	Masse	Bruch	Nagel-	Feuer-
		Zoll	lbs/	lbs/	fest.	ausz.	best.
		(mm)	cu.ft.	msf	psi	fest.	Brand-
			(kg/m³)		(kPa)	Ibs/F	ausbr.
							klasse)
B	Material dieser Erfindung	0,826	45,0	3103	967	25,3	Klasse I
	(17 % Holzfaser, 83 % Gips)	(21,0)	(721)		(6667)		(erwart.)
D	Gipsplatte	0,507	41,4	1724	MD 932	3,0	Klasse I
	(Gipskern	(12,9)	(663)		(6426)
	Papierdecklagen)				CD 307
					(2117)
E	Gipswandbauplatte*	0,625*	48,6*	2535*	MD 672*		Klasse I*
		(15,9)	(779)		(4633)
					CD 224
					(1544)
F	Holzfaserplatte	0,553	17,2	788	MD450	5,5	Klasse III
	(Verschalung)	(14,0)	(276)		(3103)		od. Kl. IV
G	Holzfaserplatte	Уг	49,6	2067	5718	N. A.	Klasse
	mittlerer Dichte	(12,7)	(795)		(39426)		III/IV
		(Soll)
H	Sperrholz	Уг	37,8	1468	4319		Klasse III
		(12,7)	(605)		(29780)
		(Soll)
I	Platte nach Verfahren C	0,506	70	2953	1153	32-	Klasse I
	des bekannten Standes	(12,9)	(1121)		(7950)	100
	der Technik
	(Stuckgips/Holzspäne)
J	Platte nach Verfahren B	0,244	70,3	1433	N. A.	50-	N. A.
	des bekannten Standes	(6,2)	(1 126)			60
	der Technik	0,477**	59,2	2209	N. A.	40-
	(Papierfasern/Stuckgips)	(12,1)	(948)			45
K	Platte nach Verfahren A	0,499	75,5	3146	1062	42-	N. A.
	des bekannten Standes	(12,7)	(1213)		(7 322)	70

MD = Maschinenrichtung CD = Querrichtung

** enthält Perlit

N. A. nicht verfügbar

Aus den Daten in Tabelle Il können bestimmte allgemeine Feststellungen abgeleitet werden. Von besonderer Bedeutung ist, daß die neue Gips-Holzfaser-Verbundplatte nach einem Vergleich von Dichte und Bruchfestigkeit eine Bruchfestigkeit in einem für die Bauindustrie annehmbaren Bereich bei niedrigeren Dichten als die konkurrierenden Gipsfaserplatten liefert. Es kann auch festgestellt werden, daß die neue Verbundplatte eine gute Brandschutzklasse aufweist (wobei Brandschutzklasse I sehr wahrscheinlich ist), was Holzfaserplatten nicht können, und daß sie gleichzeitig eine gleich hohe Festigkeit in allen Richtungen und insbesondere eine größere Nagelausziehfestigkeit als herkömmliche, in Brandschutzklasse I eingestufte Gipsplatten liefert. Obwohl es sich nicht in den Werten von Tabelle Il widerspiegelt, erwartet man, daß die neue Verbundplatte günstige Kostenvorteile gegenüber den meisten konkurrierenden Produkten bietet. Während man erwartet, daß sie teurer als die relativ billigen Gipsplatten und billiger als Holzfaserplatten ist, erwartet man auch, daß sie billiger als die anderen Gips-Faser-Kombinationsplatten herzustellen ist.

Die rasterelektronenmikroskopischen (SEM-)Aufnahmen von Bild 3-10 werden zur Demonstration der kennzeichnenden Effekte

des gemäß der Erfindung hergestellten ungewöhnlichen Verbundwerkstoffs gezeigt.

Bild 3 zeigt eine kleine Gruppe oder ein kleines Bündel von unbedeckten Holzfasern von der als Wirtsteilchen in den Proben des

neuen Verbundwerkstoffs verwendeten Art. Der Betrachter wird den großen Schlankheitsgrad und die unregelmäßige

Geometrie dieser Holzfasern bemerken. Das macht sie zu einem bevorzugten Kandidaten für das Wirtsteilchen. In Bild 4 wird ein ähnliches kleines Bündel von derselben Art von Holzfasern nach dem Kombinieren mit Gips gemäß dem Verfahren der Erfindung gezeigt. Die Fasern erscheinen massiger und im wesentlichen sogar mit Gips ummantelt. Bild 5 zeigt eine isolierte Gruppe von Holzfasern von derselben Art wie in Bild 3 in vergrößertem Querschnitt. Dieses Foto läßt

erkennen, daß eine Holzfaser oder ein Wirtsteilchen, wie es hier verwendet wird, häufig in Wirklichkeit eine große Zahl vonaneinander haftenden einzelnen hohlen Fasern ist. In diesem Foto ist die Holzfaser (Gruppe) etwas zusammengedrückt.

Trotzdem zeigt es die typischen leeren hohlen Kernbereiche oder Hohlräume in solchen Teilchen. Bild 6 zeigt einen ähnlichen vergrößerten Querschnitt einer Wirtsholzfaser, die das Verfahren gemäß der Erfindung durchlaufen

hat. Auf diesem Foto kann man leicht die nadeiförmigen Gipskristalle erkennen, die innerhalb der hohlen Kernbereiche dereinzelnen Fasern sowie um die Enden und die äußere Oberfläche des Wirtsteilchens herum gewachsen sind.

Bild 7 zeigt die Oberfläche einer Wirtsholzfaser und mehrere Oberflächenlöcher oder Hohlräume in derselben sowie mehrere

getrennte Halbhydratkristalle. Man beachte besonders den durch Hinweisbuchstaben ,X' gekennzeichneten nadeiförmigen

Kristall; in dem weiter vergrößerten Foto von Bild 8 wird deutlich gezeigt,, wie dieser Kristall aus einem der Löcher der Wirtsfaser

herauswächst.

Zur Aufstellung eines Vergleichs des homogenen, entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellten Verbundwerkstoffs

mit den stärker heterogenen gemischten Werkstoffen aus Gipsfaserplattenverfahren des bekannten Standes der Technik stellendie Bilder 9 (a) bis einschließlich 9 (f) eine Serie von Fotos (mit wachsender Vergrößerung) von einem Querschnitt einer nachdem Verfahren G des bekannten Standes der Technik hergestellten Platte dar. Zum Vergleich stellen die Bilder 10 (a) biseinschließlich 10 (f) eine Serie von Fotos (mit wachsender Vergrößerung) von einem Querschnitt des Verbundwerkstoffs gemäßder Erfindung dar.

Sieht man sich Bild 9(a) an, so heben sich die Holzspäne recht deutlich von der umgebenden Gipsmasse ab. Sieht man sich nun Bild 9(b) an, so erscheint der Gips als eine amorphe Masse mit dem darin wie ein Füllstoffteilchen versenkten Holzspan. Sieht

man sich nacheinander die Bilder 9 (a) bis 9(f) an, so konzentriert man sich auf den in Bild 9(b) mit ,Y' gekennzeichnetenspeziellen Holzspan. Dabei wird erkennbar, daß die Gipsmasse von dem eingebetteten Holzspan getrennt ist. Schließlich undendlich bemerkt man unter besonderem Hinweis auf Bild 9(f) das jegliche Fehlen von Gips in den offenen Zellen des Holzspans.

Betrachtet man nun die Bilder 10(a) und 10(b), so wird die homogenere Natur des neuen Verbundwerkstoffs erkennbar; dabei

sind die erkennbaren Gipskristalle um die verschiedenen Holzfasern herum gruppiert und haften an denselben. Betrachtet mannacheinander die Bilder 10 (c) bis 10 (e), konzentriert man sich auf ein paar Holzfasern und die zahlreichen Gipskristalle, die sichan den Enden und um sie herum sowie im hohlen Kernbereich dieser Holzfasern gebildet haben.

Wie diese Fotos klar zeigen, kann der Gips in den Hohlräumen in Holzfasern und um dieselben herum zum Rekristallisieren

gebracht und zwischen ihnen verzahnt werden, um einen synergistischen Verbundwerkstoff mit natürlichen Vorteilen zuergeben, wenn Gips und Holzfasern gemäß der Erfindung durch Calcinieren von Gips in einer verdünnten Aufschlämmung unter

Druck in Gegenwart von Wirtsholzfasern verarbeitet und die Aufschlämmung vor dem Rehydratisieren des Gipses im

wesentlichen entwässert wird. Es wurde gezeigt, daß der sich bildende Verbundwerkstoff spezielle Vorteile für eine

Wandbauplatte bietet. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit speziellen erläuternden Realisierungsvarianten diskutiert wurde, werden den Fachleuten zweifellos andere Realisierungsvarianten, Modifikationen, Variationen und Verbesserungen am Verbundwerkstoff

und am Verfahren zur Herstellung desselben sowie andere vorteilhafte Verwendungen des sich ergebenden Werkstoffs einfallen,sobald sie sich mit der Erfindung, wie sie anschließend beansprucht wird, vertraut gemacht haben.

Claims

1. Verbundwerkstoff, der ein Wirtsteilchen aus einem anderen Material als Gips enthält und zugängliche Hohlräume in einem Teil seines Grundkörpers hat, und der Calciumsulfatkristalle enthält, von denen zumindest einige am ursprünglichen Ort in den Hohlräumen im Wirtsteilchen und um dieselben herum Kristallkeime gebildet haben und die eine kristalline, physikalisch mit dem Wirtsteilchen verzahnte Calciumsulfatmatrix bilden.

2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirtsteilchen in Form eines Spans, Flachspans oder einer Faser vorliegt und einen großen Schlankheitsgrad aufweist.

3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirtsteilchen aus einer organischen Substanz besteht.

4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirtsteilchen eine holzzelluloseartige Substanz ist.

5. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirtsteilchen eine Holzfaser ist.

6. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nadeiförmige Kristalle einen wesentlichen Anteil der Kristalle ausmachen.

7. Verbundwerkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle stabilisierte a-Halbhydratkristalle sind, die aus dem in Wasser gelösten Calciumsulfatdihydrat ausgefällt und unter Druck calciniert wurden.

8. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Calciumsulfatkristalle rehydratisiertes Calciumsulfatdihydrat sind.

9. Verbundwerkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Calciumsulfatkristalle aus nadeiförmigen ct-Halbhydratkristallen rehydratisiert werden.

10. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 bis9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirtsteilchen eines von vielen zellulosehaltigen Teilchen ist, von denen jedes zugängliche Hohlräume in seiner Substanz hat, sowie das zumindest einige Calciumsulfatkristalle am ursprünglichen Ort in einem beträchtlichen Teil der zugänglichen Hohlräume in den Wirtsteilchen und um dieselben herum gebildet werden, wodurch die zellulosehaltigen Wirtsteilchen physikalisch mit den Calciumsulfatkristallen verzahnt werden.

11. Verbundwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Calciumsulfatkristalle mit anderen Kristallen auf den Wirtsteilchen und um dieselben herum verbunden sind und ein mit den Wirtsteilchen verzahntes Kristallnetzwerk bilden.

12. Verbundwerkstoff nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß einige mit einem bestimmten Wirtsteilchen verbundene Calciumsulfatkristalle mit Kristallen verbunden oder verhakt sind, die sich auf, in oder in der Nähe von Wirtsteilchen gebildet haben.

13. Verbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vielzahl von festen Wirtsteilchen mit großem Schlankheitsgrad aus von Gips verschiedenem Material enthält, wobei jedes mehrere zugängliche Hohlräume in seinem Grundkörper und stabilisierte Calciumsulfatkristalle aufweist, die am ursprünglichen Ort in zumindest einigen Hohlräumen und in deren Nähe in einem wesentlichen Teil der Wirtsteilchen gebildet wurden, wobei zumindest einige der vorerwähnten Kristalle auf jedem Wirtsteilchen mit ähnlichen, mit anderen Wirtsteilchen verzahnten Kristallen verbunden oder verhakt sind, die einen im wesentlichen homogenen Verbundwerkstoff bilden, der aus einer Matrix von physikalisch mit getrennten Wirtsteilchen aus von Gips verschiedenem Material verzahnten Gipskristallen besteht.

14. Verbundwerkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle Calciumsulfatdihydratkristalle sind, die durch Calcinieren von Gips in einer verdünnten Aufschlämmung unter Druck in Gegenwart der Wirtsteilchen gebildet wurden und das Rehydratisieren des calcinierten Gipses am ursprünglichen Ort in Hohlräumen und in deren Nähe in den Wirtsteilchen ermöglichen.

15. Verbundwerkstoff nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix der Gipskristalle und verzahnten Wirtsteilchen auf einen größeren Dichtewert als die Anfangsdichte bei der Bildung komprimiert wird.

16. Verbundweckstoff nach Anspruch 13,14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirtsteilchen Holzfasern oder Holzspäne sind.

17. Gips-Holzfaser-Verbundbauplatte, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem komprimierten Werkstoff aus verhakten Verbundwerkstoffteilchen besteht, von denen jedes aus einer Wirtsholzfaser und Gipskristallen besteht, die sich in und an zugänglichen Hohlräumen in der Holzfaser sowie um dieselben herum gebildet haben, so daß sie mit der letzteren physikalisch verzahnt sind.

18. Verbundbauplatte nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der komprimierte Werkstoff eine Dichte in der Größe von etwa 40-50 pounds per cubic foot (ca. 640-800 kg/cm³ - d. Übers.) hat.

19. Verbundbauplatte nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 10-20 Ma.-% Holzfasern enthält.

20. Verbundbauplatte nach Anspruch 17,18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Gipskristalle überwiegend aus rehydratisierten nadeiförmigen a-Halbhydratkristallen bestehen.

21. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstofs, dadurch gekennzeichnet, daß es aus folgenden Arbeitsgängen besteht: Mischen von gemahlenem Gips mit Wirtsteilchen einer festeren Substanz in einer verdünnten Aufschlämmung, die aus mindestens ca. 70Ma.-% Flüssigkeit besteht, Calcinieren des Gipses in Gegenwart der Wirtsteilchen durch Erwärmen der verdünnten Aufschlämmung unter Druckzur Bildung von nadeiförmigen Calciumsulfat-a-Halbhydratkristallen und Abtrennen eines größeren Anteils der Flüssigkeit vom calcinierten Gips und den Wirtsteilchen vor der Rehydratisierung des Halbhydrats zurück zu Gips.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierliches Rühren der Aufschlämmung während der Calcinierung des Gipses und Bildung der Halbhydratkristalle umfaßt.

23. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Arbeitsschritte enthält: Mischen von gemahlenem Gips und einer großen Zahl von Wirtsteilchen, von denen jedes zugängliche Hohlräume in denselben hat, mit einer ausreichenden Flüssigkeitsmenge zur Bildung einer verdünnten Aufschlämmung, Erwärmen der Aufschlämmung unter Druck auf eine zur Calcinierung des Gipses in Calciumsulfathalbhydrat ausreichende Temperatur, Ermöglichen der Kristallkeimbildung für die Calciumsulfatmoleküle und der Bildung von Kristallen am ursprünglichen Ort in den Hohlräumen in den Wirtsteilchen sowie in deren Nähe, Entwässerung der heißen Aufschlämmung und Trocknung der entwässerten Feststoffe zum Entfernen im wesentlichen des ganzen restlichen freien Wassers und zum Stabilisieren der Calciumsulfatkristalle während ihrer physikalischen Verzahnung mit den Wirtsteilchen.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß es die Aufrechterhaltung der Temperatur der Aufschlämmung und der entwässerten Feststoffe auf einem Wert oberhalb der Temperatur einschließt, bei der das Calciumsulfathalbhydrat zu Calciumsulfatdihydrat rehydratisiert, bis im wesentlichen das ganze überschüssige freie Wasser durch Entwässerung und Trocknung entfernt ist.

25. Verfahren nach Anspruch 30 und 31, dadurch gekennzeichnet, daß es das kontinuierliche Rühren der Aufschlämmung während der Erwärmung derselben und bis zum Abschluß der Gipscalcinierung einschließt.

26. Verfahren nach Anspruch 23,24 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß es das Halten der Temperatur der Aufschlämmung auf etwa 200⁰F (ca. 111⁰C) bis zur nahezu vollständigen Entwässerung und vorzugsweisen Trocknung einschließt.

27. Verfahren nach Anspruch 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirtsteilchen zelluloseartige Teilchen mit hohem Schlankheitsgrad aus der Gruppe der Fasern, Späne und Flachspäne sind und jedes Wirtsteilchen vorzugsweise zugängliche Hohlräume über einen beträchtlichen Teil ihrer Grundkörper hat.

28. Verfahren nach Anspruch 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß es das Kühlen der entwässerten Feststoffe bei einer Temperatur unterhalb des Wertes, bei dem die Calciumsulfathalbhydratkristalle in Calciumsulfatdihydrat rehydratisieren, und Rehydratisierenlassen der entwässerten Masse vor dem Trocknen zum Entfernen des restlichen freien Wassers einschließt.

29. Verfahren nach Anspruch 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß es die Entwässerung der heißen Aufschlämmung zur Bildung eines Filterkuchens, die anschließende Naßpressung des Filterkuchens und Absinkenlassen der Temperatur des Filterkuchens unter die Temperatur, bei der das Calciumsulfathalbhydrat in Gipskristalle vor dessen Trocknung rehydratisiert, einschließt.

30. Verfahren nach Anspruch 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß es die Bildung einer Matte aus der heißen Aufschlämmung und, nach der nahezu vollständigen Entwässerung der Matte, das

Naßpressen der Matte zum Komprimieren des Werkstoffs auf eine gewünschte Dicke oder Dichte einschließt.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß es das Absinkenlassen der Temperatur des komprimierten Werkstoffsauf die Temperatur, bei der das Calciumsulfat zu Gips rehydratisiert, Fortsetzenlassen solcher Hydratisierung, bis die physikalisch mit den Wirtsteilchen verzahnten Gipskristalle mit ähnlichen Kristallen zur Bildung einer ganzheitlichen homogenen Masse verbunden sind, und anschließendes Trocknen der Masse zum Entfernen des restlichen freien Wassers einschließt.

32. Verfahren zur Herstellung einer Verbundplatte, dadurch gekennzeichnet, daß es das Mischen von gemahlenem Gips und Wirtsteilchen, wobei jedes von ihnen zugängliche Hohlräume in denselben hat, mit einer ausreichenden Wassermenge zur Bildung einer verdünnten wäßrigen Aufschlämmung, Erwärmung der Aufschlämmung in einem Druckbehälter unter kontinuierlichem Rühren auf eine Temperatur, die zur Calcinierung von Gips zu Calciumsulfat-a-Halbhydrat ausreicht, Halten der Aufschlämmung auf einer solchen Temperatur, bis zumindest ein Teil des Calciumsulfathalbhydrats in den Hohlräumen in den Wirtsteilchen und um dieselben herum im wesentlichen kristallisiert ist, Entleeren der heißen Aufschlämmung auf eine ebene poröse Formungsfläche und Entfernen eines wesentlichen Teils des Wassers aus derselben zur Bildung eines Filterkuchens, Pressen des Filterkuchens zur Bildung einer Platte von vorher festgelegter Dichte und/oder Dicke und zum Entfernen des überschüssigen Wassers aus derselben, bevor die Temperatur der Platte unter diejenige Temperatur sinkt, bei der das Calciumsulfathalbhydrat zu Gips rehydratisiert, Kühlen der Platte unter die Rehydratisierungstemperatur und Hydratisierenlassen des Calciumsulfathalbhydrats zu Gips bis zum Abschluß und Trocknen der Platte zum Entfernen des restlichen freien Wassers einschließt.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die verdünnte Aufschlämmung gemahlenen Gips und getrennte holzzelluloseartige Wirtsteilchen enthält, wobei jedes vorerwähnte zelluloseartige Teilchen zugängliche Hohlräume über einen beträchtlichen Teil seines Grundkörpers aufweist.

34. Verfahren nach Anspruch 32 und 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirtsteilchen Holzfasern auf der folgenden Gruppe sind: chemisch gereinigter Holzschliff, mechanisch gereinigter Holzschliff, thermomechanisch gereinigter Holzschliff sowie deren Kombinationen.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe in der Aufschlämmung aus etwa 0,5-30 Ma.-% Holzfasern bestehen.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe in der Aufschlämmung aus 10-20 Ma.-% Holzfasern bestehen.

37. Verfahren nach Anspruch 32 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die verdünnte Aufschlämmung aus mindestens etwa 40-95 Ma.-%, vorzugsweise 70-95 Ma.-%, Wasser besteht.

38. Verfahren nach Anspruch 32 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung im Druckbehälter auf eine Temperatur in der Größe von 285°F bis 305⁰F (ca. 141⁰C bis 152°C) erwärmt wird.

39. Verfahren nach Anspruch 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der heißen Aufschlämmung auf mehr als 200⁰F (ca. 93°C) gehalten wird, bis dieselbe im wesentlichen entwässert ist, und zu einer Platte naßgepreßt wird.

40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 90% des nicht umgesetzten Wassers aus der Aufschlämmung durch die Kombination von Entwässerung und Naßpressen entfernt werden.

41. Verfahren nach Anspruch 39 und 40, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Pressen des heißen Filterkuchens gebildete Platte auf eine Temperatur von etwa 120⁰F (ca. 49°C) abgekühlt wird, um die Rehydratisierung von Calciumsulfathalbhydrat vor ihrer abschließenden Trocknung zu bewirken.

42. Verfahren nach Anspruch 32 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte bei einer aufrechterhaltenen Temperatur von etwa 110⁰F bis 125°F (ca. 43⁰C bis 52⁰C) getrocknet wird.

43. Verfahren nach Anspruch 32 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß der entwässerte Filterkuchen zu einer Platte gepreßt wird, die nach Hydratisierung und Trocknung eine Dichte von 40-50 pcf (ca. 640 kg/m³ bis 800 kg/m³) besitzt.

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