DE1646763A1 - Herstellung von Gipsbauplatten - Google Patents

Description

National Staren and Chemical Corp^a^uu - _{Ί JMft vmh |a}j

Mew York, N.Y. (USA) Herstellung von Gipsbauplatten

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Gipsbauplatten insbesondere unter Verwendung eines neuartigen Bindemittels.

Gipsbauplatten bestehen im allgemeinen aus einem unbrennbaren Kernmaterial, hauptsächlich Gips (CaSO^ .2HgO), das mit Platten aus Fase: stoff, wie Papier oder Pappe, bedeckt ist. Das Kernmaterial oder . der sogenannte Gipsstucko besteht hauptsächlich aus teilentwässertem Gips (CaSO₂, .12HpO), nebst kleinen Mengen verschiedenartiger Metallsalze, Holz-, Glas- oder Asbestfasen oder ähnlicher Füllmaterialien. Bei der Gipsplatten-Herstellung werden der Gips und die Kernmaterialbestandteile trocken vermischt, und das entstandene Gemisch wird in einem Durchlaufmischer mit Wasser und Schaummittel versetzt. Der Brei wird dann auf eine laufende Pappenbahn gebracht und läuft unter einer weiteren Walze hindurch, wo ihm eine zweite Pappenbahn zwecks Schaffung der Verbundplatte aufgelegt wird. Nach Aushärtung des Gipskernes wird die fertige Bauplatte unter geregelten Temperaturbedingungen getrocknet.

Zwecks Erhöhung der Bindungsfestigkeit zwischen Gipsstukkokern und Pappeabdeckung wurden der Trockenmasse häufig zusammen mit dem Gips Abfallstärke, Maismehl, säurehydrolysies'te Stärken oder ähnlohe, billige Stärkesorten enthaltende Bindepiittel zugesetzt. Wenn der Gipsbrei fest wird und die Bauplatte eier Hitzetrocknung unterworfen wird, wachsen die Gipskristalle in die Pqierhohlräume und schaffen eine physikalische Bindung mit den ?_|ierfasern der Deckplatten.

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Während dieser Erhitzung wandert das stärkehaltige Bindemittel in die Kernaussenzone und dient dort wahrscheinlich als Schutzwall für das Gipskristallwasser, indem es die Kristallwasserabgabe aus den in die ]^?pe eingewachsenen Gipskristallen verhindert. Bei der industriellen Herstellung von Gipsbauplattfen erfolgt die Zugabe der Stärke oder stärkehaltigen Bindermittel gewöhnlieh in Mengen von 0,5 bis 1,0 Gew.% des Gipsstukkos.

Zwecks Erzielung höherer Bindeleistung und besserer Wirtschaftlichkeil hat man schon zahlreich verschiedene Ersatzstoffe für die bisher bei der Gipsplattenfertigung benutzten Stärkebindermittel anzuwenden versucht und deshalb benutzt, weil die üblichen Stäkebindemittel erf ahrungsgemäss verschiedene unerwünschte Eigenschaften aufwiesen. Beispielweise konnte man mit ihnen die Gipskerndichte nicht unter einen bestimmten Minimalwert herabsetzen, ohne dass gleichzeitig eine Verschlechterung der Gips-Papierbindung eintrat. Ausserdem störten diese Stärkezusätze das Austrocknen der Bauplatte, da sie den Durchtritt von Wasserdampf aus dem Gipskern durch die Paserdeckplatte hindurch behinderten. Ausserdem wäre es günstig, mit Bindemittel zu arbeiten, die höhere Trockentemperaturen aushielten, als es bisher mit den für den gleichen Zweck benutzten Stoffen zulässig war. Ein Erfindungsziel besteht in der Schaffung von Gipsbauplatten, die sich besser verarbeiten lassen und weniger leicht aufblättern. Zu

diesem Zwefc wird eine neuartige Bindemittelzusammensetzung benutzt.

Erfindungsgemäss werden Bindemittelanstfeze für Gipsbauplatten so rezeptiert, dass als Bindungshilfe für den Stukkokern gewisse Stärkeäther oder Stärkeesterderivate nachstehend näher beschriebener Zusammensetzraig benutzt werden. Ihr Zusatz zur Kerntrockenmasse gestat» tet die Herstellung von rasch trocknenden, bequem handhabbaren und

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preiswert herstellbaren Produkten.

Zu den erfindungsgemäss als Bindemittel benutzten Stärkederivaten gehören niedrigviskose Stärkeether und Stärkeester mit bestimmten festgelegten Eigenschaften.

Um den bei der Gipsbauplattenherstellung auftretenden Anforderungen zu genügen, dürfen die Bindemittel nicht das Aushärten oder Pestwerden des Gipskernes stören, das vor dem Plattentrocknen eintritt; sie müssen fernerhin stabil und langzeitig wässriger Lösung gegenüber auslaugfest sein« Stärkederivate sollen, auch bei Raumtemperatur bein Vergiessen aus wässsriger Lösung einen Film bilden können. Schliesslich müssen sie sich mit den üblichen Gipskernbestandteilen vertrager und hydrophil sein,

All diese Ansprüche werden erfähr-ungsgemäss durch Verwendung der naclstehend beschriebenen Stärkeäthez» und Stärkeester erfüllt* sofern sie einen Sufcstitutionsgrad (D.S.) von etwa 0,01 bis etwa 0,14 sowie eine Wasserflüssigkeit (W.P») von mindestens 50 besitzen. Der Substitutionsgrad stellt denjenigen Anteil der primären Hydroxylgruppen des Sfcärkemoleküls dar₅ die eine Kther« oder Estergruppe tagen. Die Wasserflüssigkeit andererseits dient sur Beschreibung der Viskosität der StärkeXösimg* Mit steigende? Masserflüssigkeit nimmt die Viskosität tier St&iriselösimg ab« DöHigemSss besteht die Si'findungaus * -,em Anssis s^e⁵ Eerc Ellung von. Gir-steauplatten aus elnsia Gipster"material und eines -ä-'i^l'i ,srivatj ils Bindemittel, dessen Besc ":', --heit darin l3est@lr&_; dass das Bindeaiittel aus einem Stärkeäther od^r «ester- isit ei«ie.~: ¥asserfltlssigteits?jer-t von mindestens 50 und zinem SuDStitutioiisgrad zwischen O₅Gl mz2. OjI^ besteht.

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Die WasserflUssigkeitswerte der erfindungsgemäss verwendeten Stärkederivate werden folgendermassen bestimmt: Etwa 7 bis 15 g des Stärkederivats werden zusammen mit 100 ml Wasser in einem 150 ml Kupferbecher eingegeben. Diese wässrige Stärkesuspension wird dann unter Rühren 30 Minuten lang in einem auf 100° gehaltenem Wasserbad erhitzt, danach aus dem Bad genommen und alles etwa verdampfte Wasser ersetzt. Die auf 82° abgekühlte Probe wird in den Standardbecher eines ebenfalls auf 82° gehaltenen "stornier Shear Viscometers" gegossen. Am Viscometer wird dann die Zeit gemessen, die ein breiter Rührer für 100 Umdrehungen gebraucht hat. Die Wasserflüssigkeit wird dann durch ein Diagramm bestimmt, bei dem die Viskosität im Verhältnis zur Zeitdauer für 100 Rührerumdrehungen auf das verwendete Probenausmass bezogen, aufgetragen ist. Je kurzer diese Zeitdauer ist, desto niedriger ist die Viskosität und dementsprechend umso höher der Wasserflüssigkeitswert.

Zu den verschiedenen, erfindungsgemäss als Bindemittel verwendbaren Stärkeäthern gehören Hydroxyäthyl-, Hydroxypropyl-, Tertiäraminoalkyl- und ahnliche Stärkeäther. Zu den erfindungsgemäss verwendbaren Stärkeestern gehören die Acetate, Succinate, Sulfate, Malonate, Phosphate, Octenylsuccinate und dergleichen. Wie bereits erwähnt, müssen ihre Wasserflüssigkeit und ihr Substitutionsgrad Innerhalb der vorgeschriebenen Grenzwerte liegen. Sie können auch zusammen mit anderen Bindehilfsmitteln, wie Mannogalactamgummi, Formaldehyd-Harnstoffharzen, Rphstärken und ähnlichen Stoffen verwendet werden. -

Die erfindungsgeraass verwendbaren Stärkeether und -ester laeeenoioh aus allen üblichen Stärkegrundstoffen, wie gewöhnlioh·· oder «^Losereichem Mais, Sago, Weizen, Reis« Süeskartoffel, Sorghum» Waohe-Sor- ghum, Waohsmais, Kartoffel. Arrosorpot oder Tapiooa sowi· aus deren

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Bestandteilen oder Fraktionen, wie Amylose oder Amylopectin gewinnen. Nochmals sei wiederholt, dass man als Bindemittel für Gipsbauplatten zwar bereits Stärke und stärkenhaltiges Material, riemals jedoch die erfindungsgemäss benutzten Stärkederivate angewandt hat.

Auf die genaue Menge des Bindemittelzuschlages zum Gipsstukko kommt es bei der Erfindung nicht an, da die Optimalmenge von verschiedenen Faktoren, wie Oberflächenbeschaffenheit der Aussenpappe, der Plattendichte, des Gipsansatzes und der angewandten Trockentemperatur abhängt, üblicherweise werden - auf Gipsgewicht bezogen - etwa 0,05 bis 3 Gew.% Bindemittel angewendet. Wie bereits erwähnt, besteht ein wesentlicher Vorzug der Verwendung dieser Stärkederivate zur Bauplattenherstellung darin, dass vergleichsweise wenig Bindemittel ohne Schaden für die Aufblätterfestigkeit der Platte verwendet werden kann. So genügt bereits die Verwendung von nur 0,075 Gew.% eines der erfindungsgemässe Stärkederivate zur Erzielung einer ausgezeichneten Haftung zwischen Gipskern und Aussenpappe, während hierfür von den bisher benutzten Bindemitteln mindestens 1 Gew.% nötigjwar. Man kann also mit dteen Kleinstmengen des erfindungsgemäss benutzten Bindemittels wesentliche wirtschaftliche VorteUe erzielen. Ausserdem lässt sich durch Erhöhung des Stärkederivatanteils (auf etwa 0,5 - 1% des Gipsgewichtes) die Dichte des Gipskernes erheblich herabsetzen. Eine solohe Dichtenabnahme war mit äquivalenten Mengen der bisher benutzten Sterkebindemittel nicht möglich* weil dabei für gewöhnlich die Bauplatte aufblätterte. Die erfindungsgemässen Stärkederivate erlau

ΰ·η die Herstellung von weniger dichten Gipskernen, ohne die Festigkeit der Bindung zwisohen Kern und P? ppeabdeckung opfern zu müssen.. Solohe Oipileiohtbauplatten sind nicht nur In der Herstellung, sondern AtMh bezüglich Transport und Handhabung sparsamer.

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Die erfindungsgeMss hergestellten Gipsbauplatten bestehen aus einem Gipskern mit dem neuen Bindemittel und beiderseits aufgebrachten Papierlagen. Ihre Herstellung erfolgt nach einem Standardverfahren der Gipsplattenfabrikation. Zunächst wird Gips zusammen mit einem Härtungsbeschleuniger, wie Kaliumsulfat, Mörtel (land plaster), dem Stärkederivat und verschiedenen sonstigen Zuschlägen und Füllmaterialien (z.Bt Holzfasern, Papierfasern-, Glasfasern) trocken vermischt. Diese Trockenmischung wird in einem Durchlaufmischer eingegeben, in dem die Kerndichte durch Zugabe von Wasser und Sehaummittoeln herabgesetzt wird. Als Schaummittel dienen anionische Oberflächenaktivsubstanzen, wie Natriumabietat, verschiedene Alkylarylsulfonate oder Alkylarylnatriumsulfonat und dergleichen. Die Mischung wird biszur Weichkonsistenz durchgemengt. Dieser weiche Gipsbrei wird dann gleichmässig auf eine Bahn aus Papier oder sonstigem Material aufgebracht und mit einer zweiten solchen Bann abgedakt, wobei der überschüssige Gips vom Rahmen abgepresst wird. Die so hergestellte Bauplatte lässt man kurze Zeit lang aushärten und unterwirft sie einem geeigneten Trockenprozess.

In den folgenden, die Erfindung erläuternden Beispielen, beziehen sich alle Teileangaben auf Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist.

Beispiel 1

Dieses Beispiel zeigt die im Vergleich zu den bisherigen Stärkebindemitteln Überlegene Bindekraft der erfindungsgemäss verwendeten Bindemittel bei der Herstellung von Gipsbauplatten· Bei der Herstellung von Gipsbauplatten mit den erfindungagemässen Bindemitteln wurde folgenderaassen verfahren! "land-Plaster¹¹ (d.h. völlig hydratisiertes Calciumsulfat) und die suvor genannten Schaum-

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mittel werden getrennt hergestellt.

Der "Land-Plaster¹* wird hierauf mit Stucko, einem Beschleuniger (wie Kaliumsulfat), Papierfaser oder einem anderen Füllmaterial und einem Stärkederivat vermengt, das die früher angegebenen, für das erfindungsgemässe Verfahren notwendigen Eigenschaften aufweist.

Das Gemenge versetzt man unter Vermeidung von Klumpung, mit einer reichlichen Menge Wasser, fügt das vorerwähnte Schaummittel zu und verrührt weiter bis zur Erzielung eremeartig weicher Konsistenz. Der weiche Gipsbrei wird auf eine Pappen- oder sonstige Stoffbahn gleichmässig ausgebreitet mit zweiter Pappen- oder dergl. Bahn abgedeckt und der überschüssige Gips vom Rahmen abgepresst.

Nach dem Festwerden und Aushärten des Gipskernes wird die Gipsbauplatte im Heissluftstromofen einem geeigneten Trocknungsprozess untei worfen, indem sie zunächst auf 177-l88°C 15 Minuten lang erhitzt, dann allmählich auf 49°C abgekühlt und mindestens 50 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten wird.

Die Verbundfestigkeit zwischen Gipäern und Pappabdeckung wurde hier und in den folgenden Beispielen folgendermassen untersucht:

An der dem Trockenofen entnommenen Gipsbauplatte würde der Gipskern auf der der Prüfseite abgewandten Seite eingebrochen, indem die rückseitige Abdeckung mittels Messers geradlinig senkrecht zur Maachinenlaufrichtung eingeritzt und dann der Kern an einer harten " Oberfläche eingebrochen wurde. Wenn andererseits die Haftung der rückseitigen Abdeckung getestet werden sollte, wurde die vorder- ■ stitige Abdeckung entsprechend behandelt. Beim Zerbrechen des Kernstücke« wurde sorgfältig darauf geachtet, dass die vorderseitige

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Abdeckung unbeschädigt blieb. Nach dem Zerbrechen des Kerns wurde die vorderseitige Abdeckung von der Bruchstelle weg parallel zur Plattenfläche nach unten gezogen. Die erzielte Bindungsfestigkeit wurde nach dem Ausmass der PasBrzerreissung und dem Oberflächenaussehen des Kerns an der Trennstelle ausgewertet und wie folgt klassifiziert:

a) Gut - kein Reissen oder Abschälen der Abdeckung

b) schlecht - Kanteneinrisse-infolge Abblättern des Kerns genau unter der Oberfläche

c) Vollkommener Misserfolg - vollständiges Abschälen der Abdeckung und kein Paserriss zwischen ihr und Kern

Nach dieser Arbeitsweise wurde GipsJ)latten mit den in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten, verschiedenen Stärkederivaten hergestellt, aus der auch hervorgeht, wieviel weniger von ihnen im Vergleich zu den bisher benutztien Bindemitteln erforderlich ist, um eine brauchbare Bindungsfestigkeit zu ergeben.

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Angewandtes Bindemittel Substi- Wasser- Minimalbedarf an Bin-

tutions- flüssig- demittel für gute

grad keit Bindung (kg Je 1000

kg Gips)

a) niedrigviskoses Maismehl - - .8,0

b) Dextrinierte Weizenstärke - - .7*5

c) säurehydrolysierte Maisstärke - - 5,0'

d) Acetester der Maisstärke 0,05 75 0,75

e) Hydroxyläthyläther der

Maisstärke 0,04 73 0,75

f) Schwefelsäurester der

Tapiocastärke 0,05 82 0,75

g) Bernsteinsäureester der

Maisstärke . 0,03 64 0,75

h) Malonester der Maisstärke 0,03 66 1,0

i) Octenylbernsteinsäureester

der Maisstärke 0,05 65 1,0

j) Phosphorester der Kartoffelstärke 0,03 68 1,0

k) Tertiäraminoalkyläther der *

Maisstärke *^z' 0,025 74 1,0

1) Hydroxypropyläther der Maisstärke 0,04 70 1,0

1.) Die Bindemittel a) b) und c) sind typische Vertreter früher verwendeter Bindemittel und die übrigen d bis 1 sind Beispiele für In erfindungsgemäss benutzte.

2) Es handelt sich um einen -DiäthyXaminofithylchloridhydrochlorid- Malsstärkeäther, wie er gem äs s Belspfel 1 der amerikanischen Patentschrift 2. 813 093 gewonnen wird.

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- ίο -

Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt die im Vergleich zu .den bisherigen Bindemitteln überlegene Bindungsfestigkeit der erfindungsgemässen Bindemittel bei der Herstellung von -Gipsleichtbauplatten.

Herstellung und Untersuchung dieser Ansätze erfolgte gleicher Weise wie beim Beispiel Ϊ, jedoch mit der Abwandlung, dass die Schaummittelzusatzmenge zum Stukko zwecks Einstellung versdiedener Platten· W dichte variiert wurde. Die Ergebnisse sind in folgender Tabelle festgehalten:

Bindemittel Bindemittelmenge Plattengewicht in Bindung

fkg/100 kg Gips) kg/m bei 1/2" Stärke

a) säurehydrolysierte Maisstärke (Kontrollversuch) 5,0 9,8l gut

b) s äurehydroIysierte Maisstärke 10,0 7»52 keine

c) Acetester der

»Maisstärke
(Sub. = 0,05 Wass.
Flüssigkeit = 70) 5,0 7,*2 gut

Beispiel 3

Dieses Beispiel zeigt die überlegene Bindungsfestigkeit und die Hitzebeständigkeit der mit den erfindungsgeaässen Bindemitteln hergestellten Gipsbauplatten. Herstälung und Untersuchung der Ansätze erfolgte wie in Beispiel 1.

Die Gipsplatte wurde 30 Minuten lang auf 234°C erhitzt, danach allmählich auf 49⁰C abgekühlt und mindestens 30 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Nach Völliger Austroeknung wurden dann die

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Plattenproben nach vorstehend beschriebener Methode in folgender Tabelle festgehalten

Bindemittel

a) saurehydrolysierte Maisstärke

b) Schwefelsäureester der Maisstärke (Subst. = 0,04, Wass. Flüssigkeit = 8o)

Bindemittelmenge ( kg/100 kg Gips)

6,0

1,2

Bindung

schlecht

Beispiel 4

Dieses Beispiel zeigt, dass zwecks Erzielung der verbesserten Bindungsfestigkeit die Stärkederivate die zuvor beschriebenen Eigenschaften haben müssen.

Herstellung und Untersuchung äer Ansätze erfolgte wie in Beispiel I₃ die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

Bindemittel

Sübst» "iass*Flüss. Bindemittel- Bindung

a) Äcetester der Maisstärke 0,04

b) Acetester der Maisstärke

c) Acetester der Maisstärke

d) Acetester der Maisstärke

e) Acetester der Maisstärke

f) Hydroxyläthyl dtteev der Maisstärke 0,04

0,00?	73
0,15	■38
0,05	55
0,05	30
0.04	28

nienge (kg/1000 kg Gips)	gut
0,75	schlecht
1,0	schlecht
1,0	gut
0,75	keine
1,0	keine
!.,0

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'Man steht ί dass Stärkederivate «lit ausserh^lfci des. fes.-kiele.gten

Werten ftir

Vierte

Yen

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Claims (3)

Patentansprüche '

1) Gips bauplatt en, mit aus Gips und Stärkederivatbindernittel bestehendem Kernmäterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Stärkeder'ivatbindemittel'aus einem Stärkeäther oder Stärkeester mit einem Wasserflüssigkeitswert von mind'eö'tens 50 uhd'einem Substitutionsgrad von 0,01 bis 0,14 besteht.

2) Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daso die Stärkederivatbindemittelmenge -auf Kernmaterialgewicht bezogen 0,05 bis 3 % beträgt.

3) Platte nach Anspruch 1 oaer 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens aui' einer Seite ra.it einem Dec-Kblatt verbunßn i-Jt.

xxxxxxx

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