DE1901635C3

DE1901635C3 - Schall und Wärme isolierende Bauplatten

Info

Publication number: DE1901635C3
Application number: DE19691901635
Authority: DE
Inventors: Harry Walter; Bunker Richard Davidson; Oregon la. Durand (V.St.A.)
Original assignee: Grain Processing Corp, Muscatine, Ia. (V.St.A.)
Priority date: 1968-01-15
Filing date: 1969-01-14
Publication date: 1977-09-22

Description

Maleinsäureanhydrid
Mol-Verh.

Verkleisterungs- Spitzen-Visk. bei temperatur "C

Koch-Viskosität bei 95^D C
gleich nach 30 min

(Vergleich)

0,002

0,006

0,01

0,02

0,04

0,06

0,08

0.10

72

71-2

68

64,5

56

50

40

720	94
910	94,5
1115	92
1310	89
1575	83
2250	74
2780	68,5
2840	65,5
3540	60

710	540
910	910
1110	1170
1200	1110
1185	640
1150	710
1120	725
1090	770
1190	770

19 Ol

Bei dem Maleinsäureanhydrid-Mol-Vcrhältnis handelt es sich um das Verhältnis der Mole Säureanhydrid zu Stärke. Die Spitzen-Viskosität wird in einem »Brabcnder Amylography ermittelt und gestattet die Bewertung der Stärke durch kontinuierliche Ablesung und Aufzeichnung der Scherbeständigkeit des Stärkeschlamms im Laufe des Erwärmens unter relativ gleichmäßigen Bedingungen. Um die in Tabelle 1 angegebenen Zwecke zu erreichen, wird die Temperatur der Aufschlämmung allmählich mit konstanter Geschwindigkeit bis 95"C erhöht und bei dieser Temperatur 30 min gehalten. Die Temperatur, bei der eine »Viskosität« erstmals festgestellt wird, wird als Verkleisterungstemperatur bezeichnet. Sie entspricht etwa der Temperatur, bei der die einzelnen Stärkekörner erstmals zu quellen beginnen und ihre Doppelbrechung unter polarisiertem Licht verlieren. Mit steigender Temperatur der Masse über die Verkleisterungstemperatur steigt die Viskosität an bis zum Spitzenwert; von der Spitzen-Viskosität fällt sie im allgemeinen ab. Dies bezeichnet man häufig als Eindicken oder Anteigen. Die Spitzen-Viskosität und die Temperatur, bei der diese auftritt, läßt sich aus den Brabender-Kurven entnehmen. Diese Werte sind in Tabelle 1 aufgetragen. Die in Tabelle 1 ebenfalls angegebenen Koch-Viskositäten beziehen sich auf das Verhalten der Masse nach Erreichen von 95^J C und einer Rastzeit von 30 min bei dieser Temperatur.

Die Bedeutung dieser Ergebnisse können am besten an der Hauptmethode zur Herstellung von Faserplatten und einer speziellen Methode zur Anwendung dieser als schalldämpfende Deckenverkleidung gezeigt werden. Handelt es sich um ein Gießverfahren, so benötigt man ein dickes Gemisch, was wie ein Mörtel verteilt werden kann. Die dickere Paste der Maleinsäure-modifizierten Stärke und deren leichtere Einstellung gegenüber unmodifiziertei Stärke macht diese ganz besonders für die Gießtechnik geeignet.

Die tiefere Verkleisterungstemperatur und das schnellere Ansteigen der Viskosität ergeben sich durch eine verbesserte Wasseraufnahme der modifizierten Stärke gegenüber üblicher Maisstärke, nachdem ja die Wasseraufnahme zum Quellen der Stärkekörner führt. Es ist wesentlich, daß das Bindemittel bei der Herstellung der Gußkörper Wasser festhält, da bei diesem Verfahren die Masse relativ stabil bleiben muß, um das Gießen und Formen zu ermöglichen. In dieser Hinsicht ist z. B. Tapiokastärke vollständig ungeeignet, da sie zu dünn ist und während des Gießens bereits Wasser abscheidet. Andererseits besitzt Maleinsäure-modifizierte Stärke die Fähigkeit, Wasser gut zurückzuhalten. Die Kombination dieser wesentlichen Eigenschaft mit anderen Eigenschaften macht sie als hervorragendes Bindemittel für gegossene Faserkörper besonders geeignet.

Aus Tabelle 1 kann auch entnommen werden, daß Stärke, die bei einem Mol-Verhältnis von bis zu 0,025 Mol Maleinsäureanhydrid hergestellt worden ist, sich ganz besonders für die Gießtechnik eignet.

Für die Verarbeitung auf der Langsiebmaschine sind die von einem Bindemittel geforderten Eigenschaften ganii andere als sie bei Gießverfahren wünschenswert sind. Die Hauptanforderung liegt darin, daß eine niedere Verkleisterungstemperatur benötigt wird und daß bei Erreichen der Verkleisterungstemperatur ein schneller Anstieg der Viskosität stattfindet. Besonders diese letzte Eigenschaft führt zu bester Abbindung auf Langsiebmaschinen.

Aus Tabelle 1 geht auch hervor, daß Stärken mit einem Maleinsäureanhydridanteil von 0,025 Mol und darüber besonders geeignet sind für die Verarbeitung auf Langsiebmaschinen.

Ohne Rücksicht auf die jeweils angewandte Verarbeitungsweise bestehen noch außer dem Kostenpunkt zwei Faktoren, die die Verwendbarkeit eines Bindemittels beeinflussen. Das sind die Bindewirksamkeit, d. h. die Bruchfestigkeit der fertigen Bauplatten bei gegebenem Bindemittelanteil, und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Durchsacken, das ist die Fähigkeit der Bauplatte, einer Deformation unter der Einwirkung der Schwerkraft in warmer, feuchter Atmosphäre zu widerstehen. Aus folgenden Tabellen 2 sind Werte zu entnehmen, aus denen sich ergibt, daß Maleinsäure-modifizierte Stärke in diesen wesentlichen Eigenschaften zumindest so gut, wenn nicht besser ist als bisher akzeptable Produkte und wesentlich besser ist als unmodifizierte Maisstärke.

In allen Fällen war das Fasermaterial Mineralwolle. Die Herstellung der Bauplatten geschah auf übliche Weise. Gußkörper in einer Größe von 30,5 cm im Quadrat bei einer Stärke von 1,9 cm oder Platten auf der Langsiebmaschine 20,2 cm φ, Stärke 1,9 cm, wurden hergestellt. Die Prüfung wurde nach ASTM 367-57 mit geringen Abwandlungen vorgenommen.

Tabelle 2

Stärke	% Stärke bez. auf Feststoffgehalt	Vo Ton bez. auf Feststoffgehalt	Bruchmodul kg/cm^s	Durchsacken nach 24 h mm
Malein-modifizierte Maisstärke	8	16	17,61	1,09
unmodifizierte Maisstärke	8	16	12,19	3,02
Formaldehyd-modifizierte Stärke	8	16	13,03	1,60
Malein-modifizierte Maisstärke	8	20	14,06	0,43

Tapiokastärke
unmodifizierte Maisstärke

12,05
6,88

0,40
0,89

19 Ol

Der Bruchmodul wurde durch Bestimmung der Bruchfestigkeit der Prüfkörper, wie sie aus den Platten geschnitten wurden, ermittelt. Fir errechnet sich aus folgender Gleichung

Bruchmodul

3 (Bruchlast ■ Früflänge)
2 (Breite · Dicke)

Das Durchsacken ist ein Mittelwert bei Prüfkörpern, die in feuchter Atmosphäre 24 Stunden unterstützt waren. Es ist selbstverständlich, daß die oben angegebenen Werte nur Beispiele sind und Ergebnisse mit dem Prozentanteil an Stärke und Ton und insbesondere mit der Qualität des Bindemittels variieren können. Der Anteil an Maleinsäureanhydrid, der mit der Stärke reagiert hat, kann wesentlich variieren und beeinflußt dabei auch, wie festgestellt werden konnte, die Eigenschaften der Stärke. Im allgemeinen wurde ein Mol-Verhältnis Maleinsäureanhydrid zu Stärke von 0,0005 bis 0,10. insbesondere 0,002 bis 0,04 als wirtschaftlich brauchbar erkannt.
' Verschiedene Mengen an Ton als Füllstoff wurden untersucht; es scheint, daß 10—20',',,, bezogen auf das Gesamtgewicht der Bauplatte, offensichtlich zu den besten Gesamteigenschaflen der Produkte führen. Auch wurde eine große Anzahl von Bindemittelkonzentrationen erprobt. Er> zeigte sich, daß 6-15 Gew.-% Bindemittel, bezogen auf GesamtfeststofT-gewicht" der Bauplatte, zu Platten mit optimalen Eigenschaften führt. Das Verhältnis von Binder zu Ton bzw. anderer Füllstoffe, wenn solche angewandt werden, kann variiert werden, abhängig von den angestrebten Eigenschaften und dem Raumgewicht der

Platten. Die bisherigen Untersuchungen erfolgten mit naßgemahlener, Maleinsäure-modifizierter Maisstärke, jedoch kann man auch andere modifizierte Stärken anwenden, wie aus der Tabelle 3 anhand der dort gegebenen Eigenschaften mit unterschiedlichem Ausmaß der Modifikationen abgelesen werden kann.

Tabelle 3	Mol-Verhältnis	FeststofT-	Vcrkleist.-	Spilzenviskosität	Kochviskosität bei 95 C	nach 30min
Stärkeart	Malcinsäurc/Stärkc	gchalt /n	Temperatur ⁰C		gleich	620
	0,00		65	1290	1140	700
Kartoffel	0.018	5,0	56	2170	970	90 610
	0,00 0,018	8,0	68 64,5	505 1630	270 980	260 550
Tapioka	0,00 0,0147	8,0	ca. 72 ca. 69	375 850	365 680
trockengem. Mais

Bevorzugt wendet man als Fasermaterial Mineralfasern an, jedoch kann man auch beliebiges anderes, bei der Bauplattenherstellung übliches Fasermaterial verwenden.

Claims

19 Ol Patentansprüche:

1. Schall und Wärme isolierende Bauplatten aus Fasermaterial, deren Bindemittel eine modifizierte Stärke ist, dadurch t; e k e η η / e i c h net, daß die Stärke mit Maleinsäure modifiziert ist.

2. Bauplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Maieinsäure modifizierte Stärke das Reaktionsprodukt von Stärke mit 0,0005 bis 0,1 Mol, vorzugsweise 0,002 bis 0,04 Mol, Maleinsäureanhydrid ist.

3. Bauplatten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich bis zu 20",, Ton als Füllstoff, bezogen auf das gesamte FeststolT-gewicht in der Platte, vorliegt.

4. Bauplatten nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 6 bis 15",, Bindemittel, bezogen auf das gesamte Feststoffgewicht in der Platte, vorliegen.

Bauplatten finden weite Anwendung als schalldämmende Wandverkleidungen. Sie sollen außer guten akustischen Eigenschaften auch dekorativ wirken. Zu diesem Zweck wurden bisher die dem Auge dargebotenen Flächen auf die verschiedenste Weise behandelt. Am häufigsten wurde 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 und Barrieren, für Feuerschutz.

Zu ihrer Herstellung sind zwei Hauptverfahren mit einer großen Anzahl von Variationsmöglichkeiten üblich. Das eine Verfahren besteht im wesentlichen in e'nem Mischen von Mineralwolle mit einer dicken wäßrigen Stärkepaste, Ausgießen oder Einstreichen des Gemisches in eine entsprechende Form und Trocknen in einem Ofen. In der dicken Paste wurde bisher im allgemeinen eine vernetzte oder formaldehydmodifizierte Stärke angewandt.

Einer der Hauptvorteile dieser gegossenen Bauplatten liegt darin, daß sie leicht zur Erreichung der gewünschten dekorativen Wirkung behandelt werden können. So kann man z. B. eine Formwalze über die Oberfläche des nassen Formkörpers vor dem Trocknen laufen lassen und damit eine unregelmäßige Oberfläche, die ein travertinartiges Aussehen hat, erzeugen. Es lassen sich noch die verschiedensten anderen Oberflächengestaltungen ohne Schwierigkeiten vornehmen, so daß sowohl der dekorative Effekt als auch die Schallschluck-Eigenschaften verbessert werden können.

Bei dem zweiten üblichen Verfahren zur Herstellung von Bauplatten erfolgt die Verarbeitung auf einer

Tabelle 1

Fourdrinier- oder Zylindermaschine in der Art der Papierherstellung. Es wird hier ein dünner Schlamm verarbeitet, in dem Stärke als Bindemittel und Mineralfasern, gegebenenfalls mit einem Ausllockmittel, dispergiert sind und das Fasermaterial auf dem Langsieb oder dem Siebzylinder verfilzt wird. Der Haiiptanteil des Wassers kann ablaufen, die feuchte Matte wird dann in der Wäime getrocknet. Die StärkeverkleisteiLing zur Entwicklung der Klcbeeigenschaften erfolgt in situ, so daß man die verfilzte Matte oder eine entsprechende Bauplatte erhalten kann. Als Bindemittel für derartige Produkte hat man bisher im altgemeinen Tapiokastärke angewandt, die eine wünschenswert tiefe Verkleisterungstemperatur besitzt und nach Erreichen der Verkleisterungstemperatur schnell eine Zunahme der Viskosität zeigt. Dieser schnelle Viskositätsanstieg oder mit anderen Worten die Fähigkeit der Stärke, schnell abzubinden, ist bei derartigen Herstellungsverfahren wesentlich. Es zeigte sich jedoch, daß Tapiokastärke sehr ungleichmäßig in der Anlieferungsqualität ist und daher Schwierigkeiten hinsichtlich der Qualität, Gleichmäßigkeit und Kosten auftreten.

Erfindungsgemäß wird nun als Bindemittel für faserstoffhaltige Bauplatten Maleinsäure-modifizierte Stärke angewandt, wobei die Herstellung der Platten nach einem der oben beschriebenen bekannten Verfahren erfolgen kann. Die erfindungsgemäß erhaltenen Platten zeigen ausgezeichnete Festigkeit und günstiges Verhalten hinsichtlich Durchsacken. Das Bindemittel besitzt nur eine geringe Neigung zu wandern. Die erfindungsgemäßen Platten enthalten im wesentlichen Mineralfasern und als Bindemittel eine mit Maleinsäureanhydrid modifizierte Stärke.

Es können auch übliche Zusätze und Füllstoffe eingebracht werden.

Die Maleinsäureanhydrid-modifizierte Stärke erhält man z. B. nach einem Verfahren, wie es aus der US-Patentschrift 24 61 139 bekannt ist. Dieses Verfahren besteht im wesentlichen darin, den pH-Wert der wäßrigen Stärkeaufschlämmung zwischen etwa 7 und 11 durch Zusatz einer Lauge bei heftigem Rühren zu halten. Bei der schnellen Bewegung des Systems wird eine bestimmte Menge an Maleinsäureanhydrid in kleinen Portionen zugesetzt und gleichzeitig Lauge in einer Menge eingebracht, die zur Aufrechterhaltung des gewünschten pH-Wertes erforderlich ist. Der Anteil an Maleinsäureanhydrid hängt von der gewünschten Modifikation ab und kann im Hinblick auf die angestrebten Eigenschaften der Stärke eingestellt werden. Aus folgender Tabelle 1 gehen die Abbindeeigenschaften von Maisstärke bei unterschiedlich weitgehender Modifizierung durch Maleinsäureanhydrid hervor.