DE2224945A1

DE2224945A1 - Gipszubereitungen

Info

Publication number: DE2224945A1
Application number: DE2224945A
Authority: DE
Inventors: Ralph J Bragg; Raymond E Rothfelder
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co
Priority date: 1971-03-10
Filing date: 1972-05-23
Publication date: 1973-12-13
Also published as: US3719513A

Description

Gipszubereitungen Die Erfindung betrifft Gipszubereitungen, die nach Zusatz von Wasser eine sprühbare abbindefähige Aufschlämmung ergeben.
Metallbauten wie beispielsweise Stahlkonstruktionen werden im allgemeinen mit einer Beschichtung eines anorganischen Materials versehen, die aus verschiedenen Gründen wie beispielsweise zur Feuersicherung, zum besseren Aussehen oder zum Schalldämmen angebracht wird. Im allgemeinen werden heutzutage abbindefähige wäßrige Mischungen auf der Basis von gebranntem Gips auf die Stahloberflächen aufgesprüht, wobei diese Mischung gen ein anorganisches Material mit geringer Dichte wie beispielsweise aufgeblätterten Vermiculit und eine anorganische Fasersubstanz, vorzugsweise Asbest, und ein Schäumungsmittel enthalten. Zubereitungen dieser Art und ihre günstigste Anwendungstechnik, nämlich das Verpumpen der wäßrigen Zubereitungen und das Aufsprühen in einer Schicht direkt auf den Stahl sind beispielsweise in der US Patentschrift 3 369 929 beschrieben.
Derartige Gipszubereitungen müssen, wenn sie sich im feuchten und trockenen Zustand als gut verwendbar erweisen sollen, eine Reihe von an sich widersprüchlichen Eigenschaften aufweisen: einerseits müssen diese Zubereitungen große Wassermengen aufnehmen können, damit sie einfach und in relativ große Höhen verpumpt werden können, andererseits müssen sie eine ausreichende Konsistenz aufweisen, um ein Absetzen oder Abtrennen der Bestandteile vor dem Aufbringen auf die Metallflächen zu verhindern, und eine ausreichende Bedeckung oder ausreichend: "Körper" auf einer Stahloberfläche und eine vorgegebene Stärke zu erzeugen, Ferner müssen die Zubereitungen sowohl im trockenen als auch im angeschlämmten Zustand fest auf den Stahloberflächen haften; auch dürfen die Gipszubereitungen beim Abbinden keine zu starke Ausdehnung oder Schrumpfung zeigen, da dies zur Bildung von Rissen führen könnte; die wiederum den Isolierungswert der trockenen Beschichtung stark beeinträchtigen würden.
Diese sich teilweise widersprechenden Eigenschaften wurden bisher durch Verwendung von Gips-Vermiculit-Mischungen mit einem Gehalt an Asbestfasere erreicht. In jüngster Zeit wird jedoch aus Gesundheitsgründen die Verwendung von asbesthaltigen Mischungen möglichst vermieden, allerdings konnte bisher für die beschriebene Verwendung kein geeigneter Ersatzstoff gefunden werden, da die beschriebenen Gipsmischungen bei Nichtverwendung des Asbest in ihren Eigenschaften so stark verändert werden, daß derartige Zubereitungen nicht mehr in der beschriebe nen Weise eingesetzt werden können, Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, verpumpbare und versprühbare Gipszubereitungen zu entwickeln.
Zur Lösung der Aufgabe werden Gipszubereitungen vorgeschlagen, die nach Zugabe von Wasser eine abbindefähige spruhbare Aufschlämmung ergeben und, bezogen auf Trockensubstanzen (i) etwa 52 bis 62 Gew.% gebrannten Gips, (ii) etwa 2,5 bis etwa 18 Ges.% eines faserartigen Materials, (iii) ein Schäumungsmittel und (iv) einen Zuschlagstoff geringen Gewichtes enthalten und die dadurch gekennzeichnet sind, daß als faserartiges Material zellulosehaltige Pasern mit einer hohen Suspensionsstabilität enthalten sind, wobei bei der Messung der Suspensionsstabilität in einer geruhrten wäßrigen 3,2%igen (Gewicht/Volumen) Suspension nach Beendigung des Rührens innerhalb der ersten 30 Minuten der Sedimentationszeit nicht mehr als 15 Gew, der zellulosehaltigen Pasern sedimentieren dürfen.
Obgleich zellulosehaltige Fasern brennbar sind, wurde überraschenderweise festgestellt, daß sich die feuerhemmenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zubereitungen nicht wesentlich von Zubereitungen mit einem Gehalt an Asbestfasern unterscheidenç Außerdem zeigen die erfindungsgemäßen Zubereitungen mit zellulosehaltigen Fasern überraschenderweise eine größere Oberflächenhärte, einen höheren Elastizitätsmodul, eine geringere thermische Leitfähigkeit und während des Abbindens geringere Volumenänderungen als die bisher üblichen asbestfaserhaltigen Mischungen mit gleicher Dichte, LIS Zuschlagstoff mit geringer Dichte können verschiedene anorganische Verbindungen mit im allgemeinen einer Dichte von etwa 0,07 bis 0,12 g/cm3 eingesetzt werden wie beibeispielsweise expandierte Perlite, krone und Schlacken oder Diatomeenerde Vorzugsweise wird jedoch Vermiculit eingesetzt, da sich die Aufschlämmungen mit einem Gehalt an dieser Verbindung am besten @a@pumper lassen und auBerdem bei Verwendung von Vermiculi@ stär@ere Beschichtungen. aufgetragen werden können.
Als Schaumungsmittel oder Mittel zum Einführen von Luft in die Aufschlämmungen können die üblicherweise verwendeten Verbindungen eingesetzt werden wie beispielsweise sulfatierte Monoglyceride, Natrium-alkyl-arylsulfonate, Natvrium-laurylsulfat und ähnliche Verbindungen. Diese Zusatzstoffe werden in solchen Mengen zugegeben, daß die wäßrigen Aufschlämmungen eine sum Verpumpen und. Versprühen geeignete Konsistenz erhalten, Vor der Zugabe von Wasser zu den trockenen erfindungsgemäßen Gipszubereitungen können die trockenen Verbindungen mit festen Schäumungsmitteln versetzt werden; nach Herstellung der Aufschlämmung können sowohl feste als auch flüssige Schäumungsmittel eingesetzt werden, wobei, bezogen auf Trockensubstanzen, bereits o,os% desSchäumungsmittels ausreichend sein können, allerdings werden im allgemeinen 0,2% zugegeben.
Die faserartige Komponente der erfindungsgemäßen Zubereitungen macht, bezogen auf Trockensubstanzen, etwa 2,5 bis 18% und vorzugsweise 3 bis 8% der Gesamtmischung aus und besteht aus kurzen oder geschnittenen organischen Fasern natürlichen oder synthetischen Ursprungs, die eine minimale Naßschüttdichte oder Suspensionsstabilitat von 85% aufweisen.
Die Naßschüttdichte oder Suspensionsstabilität wird- in einem dem Wet Volume TestD-1" der Quebec Asbestos Mining Association (Testing Procedures for Chrysolite Asbestos Fibre, 2. Ausgabe (1966), S. 98) ähnlichen Versuch bestimmt, Dieser Versuch wird in den vorliegenden Fällen wie folgt ausgeführt: 1,6 g der Pasern werden in 50 ml Wasser in einem graduierten Zylinder suspendiert und die Menge der innerhalb 30 Minuten suspendierten Fasern wird festgestellt. Materialien, die innerhalb dieser Zeitspanne mehr als 15% Sedimentation zeigen, genügen nicht den Anforderungen. Verwendbare Fasern sind beispielsweise zellulosehaltige Fasern wie Holzfasern, Sisal, Hanf, Baumwolle, Jute, Ramiefasern, Rayon und ähnliche, die die erforderliche Suspensionsstabilität entweder von Natur aus besitzen oder durch geeignete physikalische und chemische Modifikationen wie beispielsweise durch Entfernung der Holzbestandteile gewonnen haben. Ein bevorzugt eingesetztes Material besteht beispielsweise aus gereinigten Weichholzfasern.
Derartige Fasern können beispielsweise aus den verschiedenen Holzaufbereitungsverfahren stammen, Die erfindungsgemäßen feuerhemmenden Gipszubereitungen haften ausgezeichnet auch an anderen üblicherweise eingesetzten Materialien wie beispielsweise an Holz, Zement und Ziegelsteinen und können auch auf derartige Oberflächen aufgesprüht werden.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern.
Beispiel 1 Durch trockenes Vermischen der folgenden Bestandteile wurde eine abbindefähige Gipszubereitung hergestellt: Gebrannter Gips 130,8 kg entsprechend 58 Gew.% Vermiculit Nr. 3 85,4 kg t' 38 Gew, Zellulosefasern 9,0 kg " 4 Gew.% 100 Gew.% Diese Mischung wurde mit 0945 kg technischem Natrium-laurylsulfat als Schäumungsmittel versetzt.
Das verwendete Vermiculit ist ein genormtes expandiertes Material mit einer Dichte von 0,48 g/cm3. Als Zellulosefasern wurden gereinigte ungebleichte Weichholzzellulosefasern eingesetzt, die zu über 99,5% aus Zellulose bestanden und eine solche Teilchengrößenverteilung aufwiesen, daß etwa 33% auf einem Nr. 60 Tyler-Sieb (Maschenweite 0,246mm) und etwa 33% auf,einem Tyler-Sieb WrO 150 (Maschenweite 0,125 mm) zurückgehalten wurden Die trockene Mischung kauen beliebig lange aufbewahrt werden. Zur Verwendung wird diese Mischung mit ausreichend Wasser versetzt, woran anschließend gerührt oder in anderer Weise Luft eingeführt wird, so daß sich eine Aufschlämmung mit einer Konsistenz ergibt die ein -Verpumpen und direktes Aufspruhen durch Sprüngeräte auf Metalloberflächen erlaubt.
Feuerhemmende Eigenscharten der Gipszubereitung: Zur Untersuchung der feuerhemmenden Eigenschaften wurde die erfindungsgemäße Gips Zubereitung auf Stahl konstruktionen, beispielsweise auf Stahlsäulen einer Größe von W 10x49 und größer aufgeschichtet und die Peuerhemmwerte gemäß den "Conditions of Acceptance für Pußböden und Dächer nach den Normen der Fire Tests of Building Constructions and Materials, Underwriters' Laboratories 263 (ASTM E 119, NFPA 251) untersucht: Beschichtungsstärke Schutzdauer 63,500 mm 4 Stunden 47,625 mm 9 Stunden 38,100 mm 2 Stunden Das festgestellte Ausmaß der Feuerfestigkeit läßt sich mit asbestlialtigen Gipszubereitungen vergleichen und ist insbesondere bemerkenswert im Hinblick darauf, daß die erfindungsgemäßen Gipszubereitungen brennbare zellulosehaltige Pasern enthalten und damit nicht der gegenwärtigen Entwicklung entsprechen, die die Verwendung anorganischer faserartiger Verbindungen bevorzugt.
Beispiel 2 Aus den folgenden Bestandteilen wurde eine übliche asbestfaserhaltige und versprühbare Gipszubereitung hergestellt, mit Wasser vermischt, belüftet und auf Stahl aufgesprüht. Anschließend ließ man die Mischung trocknen und abbinden. Die angegebenen Mengen beziehen sich auf Trockensubstanzen: Gips 196,4 kg entsprechend 58,55 Gew.% Vermiculit Nr. 3 96,4 kg " 28,73 Gew.% Asbestfasern 42,2 kg " 12,58 Gew.% Natrium-laurylsulfat 0,45kg " 0,14 Gew.% 100,00 Gew.o Ein Vergleich der Eigenschaften der Beschichtungen aus der asbestfasernhaltigen Mischung dieses Beispiels mit den erfindungsgemäßen Mischungen ergab, daß die erfindungsgemäßen Mischungen eine größere Oberflächenhärte, einen höheren Elastizitätsmodul, eine kleinere thermische Beitfähigkeit und beim Abbinden eine geringere Volumenänderung zeigen als bisher übliche asbestfasernhaltige Mischungen gleicher Dichte. Diese Unterschiede in den Eigenschaften bei Gipszubereitungen üblicher Dichte ergeben sich aus'den beiliegenden Zeichnungen, in welchen in Figur 1 die Unterschiede im Elastizitätsmodul, in Pigur 2 die Unterschiede in der Oberflächenhärte, in Figur 3 die thermische Leitfähigkeit des "K-factor", in Figur 4 die Bewegungen der Beschichtungsmasse beim Abbinden dargestellt sind.
Der Elastizitätsmodul wurde nach der ASTM-Methode C-293 bestimmt. Wie sich aus Pigur 1 ergibt, steigt der Elastizitätsmodul bei einer Beschichtung aus den erfindungsgemäßen Glpsmischungen von etwa 350 bis 770 kg/cm² bei einer Dichte von 0,304 bis 0,368 g/cm3, so daß der Elastizitätsmodul im gleichen Dichtebereich etwa doppelt so hohe Werte wie bei asbestfasernhaltigen Zubereitungen aufweist. Da ein höherer Elastizitätsmodul bis zu einem gewissen Ausmaß auch die Härte des Materials beeinflußt, ist dieser unerwartete Anstieg als sehr günstig zu bewerten, Mit den zu vergleichenden Beschichtungen wurden außerdem Härtebestimmungen durchgeführt, wobei sich ergab, daß die erfindungsgemäßen Zubereitungen einen etwa zweifachen Anstieg der Eindringwiderstandsfähigkeit gegenüber den asbestfaserhaltigen Mischungen aufwiesen. Die Werte für die Eindringwiderstandsfähigkeit wurden bei Yerwendung eines Soiltest Penetrometers Modell C 421 unter Verwen-2 dung einer Nadel mit ob323 cm und einer Eindringtiefe von 6,35 mm erhalten. Aus den in Figur 2 dargestellten Eigenschaften ergibt sich also, daß die gesteigerte Oberflächenhärte der Beschichtung aus den erfindungsgemäßen Gipszubereitungen in Anbetracht der mechanischen Belastung einer Beschichtung mit geringer Dichte beim Bau und bei der Innenausrüstung eines Gebäudes große Vorzüge aufweist. Ein weiterer sich aus der gesteigerten Oberflächenhärte ergebender und während der Bauzeit des Gebäudes und später stets festzustellender Vorzug besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Gipszubereitungen nicht zur Staubbildung führen.
Zur Peuerhemmung tagen verschiedene Eigenschaften der Beschichtung bei, entscheidend ist allerdings die thermische Leitfähigkeit0 Bei Bestimmung des thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten K nach der ASUM-Methode C 177-63 zeigt sich, daß bei gleicher Dichte eine erfindungsgemäße zellulosehaltige Gipszubereitung eine geringere thermische Leitfähigkeit als die entsprechenden asbesthaltigen Zubereitungen aufweist.
Bei einer Dichte der Beschichtung aus einer erfindungsgemäßen Mischung von 0,32 g/cm3 weist K einen Wert von 343 J x m/m2x h x 0 auf, während die asbestfaserhaltigen Beschichtungen einen Wert von K.= 0,68 J x m/m2 x h x 0C zeigen, Aus Pigur 4 lassen sich Unterschiede in einer anderen wichtigen Eigenschaft dieser Beschichtungen geringer Dichte entnehmen, nämlich die beim Trocknen und Abbinden feststellbare Volumenstabilität, Wenn zu große Volumenänderungen auftreten, ergeben sich unerwünschte Rißbildungen, Verziehungen, und Abschilferungen. Die Bestimmungen wurden durch optische Vermessungen der Volumenänderungen beim Trocknen und Abbinden von Standardblöcken mit den Maßen 100 mm x 75 mm x 20 mm der verschiedenen Mischungen während einer Zeitspanne von 9 Tagen, also einer zum Beenden aller Bewegungen ausreichenden Zeitspanne, durchgeführt, wobei festgestellt wurde, daß die aus den erfindungsgemäßen Mischungen hergestellten Blöcke eine größere Bewegungsstabilität, berechnet als lineare Veränderung und als Anderung im Nettovolumen, im Vergleich zu den asbesthaltigen Mischungen aufwiesen.
Beispiel 3 20 Teile aus der Sulfatzellstoffherstellung stammende Zellulosefasern wurden in 1 050 Teilen Wasser aufgeschlammt und dann unter Rühren mit 189 Teilen aufgeblättertem Vermiculit Nr, 4, 288 Teilen 0aS04.1/2 H20 und 1,5 Teilen einer 45%igen Natyrium-laurylsulfat-lösung versetzt. Die aus der Sulfatzellstoffherstellung stammenden Fasern entsprachen einer Mischung aus Libocedrus-, Pseudotsuga- und Pinusarten und wiesen eine durchschnittliche Länge von 2,70 mm auf. Eine Siebanalyse ergab folgende Daten: Uyler-Sieb-Mesh No. Maschenweite in mm Gew.% + 14 1,168 59 + 28 0,589 bis 1,168 24 + 48 0,295 bis 0,589 7 +100 0,147 bis 0,295 5 -100 v 0,147 5 Die fertige Mischung wies eine Abbindezeit von etwa 3 Stunden und 20 Minuten auf. Die durchschnittliche Dichte betrug im feuchten Zustand 1,1714 g/cm3 und im trockenen Zustand 0,2339 g/cm3. Diese Mischung entsprach in allen Eigenschaften der im Beispiel 1 hergestellten Mischung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Gipszubereitungen, die nach Zugabe von Wasser eine abbindefähige sprühbare Aufschlämmung ergeben und einen Gehalt an, bezogen auf Trockensubstanzen, (i) etwa 52 bis 62% an gebranntem Gips, (ii) etwa 2,5 bis etwa 18% eines faserartigen Materials, (iii) an einem Schäumungsmittel und (iv) an einem Zuschlagstoff geringer Dichte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß als faserartiges Material zellulosehaltige Fasern hoher Suspensionsstabilität enthalten sind, wobei bei Messung in einer geruhrten wäßrigen 3/.%gen (Gewicht/Volumen) Suspension nach Beendigung des Rührens innerhalb der ersten 30 Minuten nicht mehr als 15 Ges.% der Fasern sedimentieren dürfen.
2. Gipszubereitungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie, bezogen auf Trockensubstanzen, etwa 3 bis etwa 8% zellulosehaltige Fasern enthalten.
3. Gipszubereitungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zellulosehaltige Pasern aus einem Sulfit- oder Sulfatholzaufbereitungsverfahren enthalten sind.
4, Sprühbare, abbindefähige Gipsaufschlämmung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Gipszubereitung nach Anspruch 1 bis 3 in Wasser aufgeschlämmt enthält.
5. Verfahren zur Herstellung einer feuerhemmenden Beschichtung auf Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufschlämmung nach Anspruch 4 auf das Metall aufgesprüht wird.

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