DE2546181A1 - Verfahren zur herstellung von gipsschaum und daraus bestehenden bauelementen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von gipsschaum und daraus bestehenden bauelementen

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DE2546181A1 DE19752546181 DE2546181A DE2546181A1 DE 2546181 A1 DE2546181 A1 DE 2546181A1 DE 19752546181 DE19752546181 DE 19752546181 DE 2546181 A DE2546181 A DE 2546181A DE 2546181 A1 DE2546181 A1 DE 2546181A1
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Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
Aktenzeichen:
Datum:
- HOE 75/F
-3-
- Dr.KO/Fk -
Verfahren zur Herstellung von Gipsschaum und daraus bestehenden Bauelementen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gipsschaum und daraus bestehenden Bauelementen.
In ZT.inehmendem Maße findet Gips als schnellbindender Werkstoff in df-:r Bauindustrie Anwendung vornehmlich bei der Herstellung von Bauplatten und anderen Bauelementen. Diese Gipsbauelemente haben jedoch wegen ihres kompakten Aufbaues ein verhältnismäßig großes Gewicht und eine relativ geringe Wärmedämmung. Diese Nachteile können behoben werden durch die Verwendung eines Gipses,der nach dem Abbinden eine pox-ige Struktur aufweist. Für einen derartigen Gipsschaum spricht zusätzlich daß er gegenüber den gleichfalls in der Bauindustrie verwendeten Kunststoffschäumen eine günstigere Flammfestigkeit zeigt.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Gipsschaum und daraus bestehenden Bauelemente bereitzustellen.
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Es ist bereits bekannt, Gipsschaum herzustellen, der durch Zusatz von Karbonat und Säure aufgeschäumt wird. Jedoch läuft die Schäumreaktion so schnell ab, daß dem Verarbeiter keine ausreichende Verarbeitungszeit bleibt (Baustoffindustrie (197O) Heft 1, Seite 23-26).
Es sind auch porige Gipse bekannt, die dadurch hergestellt werden, daß einem abbindefertigen Gips-Vasser-Gemisch ein vorher separat bereiteter Detergentienschaum untergemischt wird. Jedoch haben diese Gipsschäume nur eine sehr geringe Festigkeit. Auch die Haftfähigkeit an Deckschichten ist nur gering, sq daß sie zur Herstellung von z.B. Sandwichelementen nicht geeignet sind.
Demgegenüber wurde nun ein Verfahren gefunden, das die beschriebenen Nachteile vermeidet und darüberhinaus folgende Vorteile aufweist: das Aufschäumen erfolgt langsam und unter Bildung eines geringen Schäumdruckes. Dadurch verbleibt dem Verarbeiter ähnlich wie bei Vorort-Kunststoffschäumen eine offene Zeit von ca. 5 Min. und durch den Schäumdruck werden bei Herstellung von Bauelementen z.B. von Sandwichplatten alle Regionen des Füllraumes ohne Lunkerbildung ausgefüllt.
Es wurde gefunden, daß die Zugabe von 5 bis 7 $ eines PoIyurethanvoradduktes zum Gipsbrei und anschließendes intensives Mischen nach etwa 3 bis 5 Min. einen Schäumprozeß einleitet, der nach etwa 20 Min. abgeschlossen ist und der nach dem Abbinden eine Gips schaum mit einer Dichte von 0,^5 bis 0,8 g/l liefert, während ungeschäumter Gips eine Dichte von 1,66 aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß Gips in Gegenwart von Zusätzen, die der Gipsverflüssigung und der Einstellung von Startzeit und Abbindezeit dienen, mit Wasser angemischt wird undMiieses Gips-Wasser-Gemisch in Gegenwart schaumstabilisierender Zusätze 5 bis 7 i°, bezogen auf Gips,
Polyurethan-Voraddukte aus überschüssigen Isοcyanat-Verbindungen mit OH-gruppenhaltigen Polyester und/oder Polyäther- und/oder amingruppenhaltigen Ver-
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bindungen eindispergiert werden, welche Mischung nach einer Startzeit aufsqhäumt und nach der Schäumreaktion abbindet.
Als Gips im Sinne der Erfindung können alle neutral oder schwach sauer reagierenden, hydraulisch abbindenden CaI-ciumsulfat-Modifikationen in der üblichen pulvrigen Kornfeinheit (Korngrößenspektrum von 5 bis 100 Mikromefer) eingesetzt werden. Vorzuziehen sind handelsübliche Gipsqualitäten mit einem ¥asser-Gips-Paktor von 0,3, damit der Anteil des mit dem Gips nicht reagierenden Anmachwassers möglichst klein gehalten wird.
Polyurethan-Voraddukte im Sinne der Erfindung sind in Übereinstimmung mit "Kunststoff-Handbuch" Bd. VII, Polyurethane, Carl Hanser Verlag, München I966, Seiten 27, 76 und 84, Polyester und/oder Polyäther, deren Kette durch Addition von Isocyanaten verlängert worden ist.
Die Voraddukte werden in Mengen von 5 bis 20 ^,bezogen auf Gips eingesetzt. Mit Mengen von weniger als 5 i° wird das Optimum der Dichte nicht erreicht, während Zugabemengen von über 20 $ zu einem Aufreißen der Gips-Porenstruktur und damit zu einem Abfall der Festigkeit führen.
Die Zusammensetzung der Voraddukte kann in einem breiten Bereich schwanken. Sie können in an sich bekannter Weise durch Umsetzung der polyester und/oder Polyäther mit überschüssigem Isocyanat unter Wasserausschluß und gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators hergestellt worden sein. Obwohl nach dem vorliegenden Verfahren sowohl die für Weichschaum als auch die für Hartschaum geeigneten bekannten Voraddukte verwendbar sind, hat es sich herausgestellt, daß entgegen den Erwartungen solche Voraddukte
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besonders geeignet sind, die in der Regel nur für die Herstellung von Polyurethanelastomeren Verwendung finden und handelsüblich sind. Brauchbare Voraddukte haben beispielsweise ein mittleres Molekulargewicht von etwa 2Ö00 und eine OH-Zahl von etwa ^O bis 60. Es sind jedoch auch andere Voraddukte mit anderen Molekulargewichten und OH-Zahlen geeignet. Besonders vorteilhaft ist, daß diese eigentlich für die Elastomerenbildung bestimmten Voraddukte lagerbeständig sind und beispielsweise ein halbes bis ein Jahr ohne Beeinträchtigung ihrer Reaktionsfähigkeit gelagert werden können.
Als Isocyanatkomponente kommen beispielsweise Toluylendi- oder -triisocyanat, m-Xylylen-diisocyanat, -tetraisocyanat, Hexamethylen-diisocyanat, Diisocyanatodiphenyläther, k^h1-Diisocyanatodiphenyl, k, h f -Diisocyanato-3, 3 ' -dichlor-diphenyl, h, h '-Diisocyanato-3, 3 *-dimethoxy-diphenyl, 4,4'-Diisocyanato-3» 3 '-dime thy 1-diphenyl, hth '-Diisocyanafco-
3, 3 f-diphenyl-diphenyl, 4,4' -Diisocyanato-diphenylmethan,
4, 4'-Diisocyanato-3 , 5 ' -dimethyl-diphenylmethan, Naphthylen-1 ,5-diisocyanat, N,N1-(h,h'-Dimethyl-3,3'-diisocyanatodiphenyl)-uretdion, 2, h, k ' -Triisocyanato-diphenyläther in Frage.
Als Polyester- oder Pοlyätherkomponentθ eignen sich geradkettige und verzweigte, vorzugsweise solche mit niedrigem Molekulargewicht, zum Beispiel solche auf der Basis von Dicarbonsäuren, wie Adipinsäure, Phthalsäure oder dergleichen, und einem mindestens zweiwertigen Alkohol, wie Äthylenglykol, die verschiedenen Propandiole, Butandiole, Oligomere von Äthylenglykol oder Propylenglykol, ferner Glycerin, Trimethyloläthan, Trimethylolpropan, Hexantriol, Pentaerythrit, Sorbit oder dergleichen. In der Regel haben die Polyester·- und Polyätherkomponenten freie OH-Gruppen.
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Wichtig· ist bei der Zusammensetzung der Voraddukte, daß sie einen über die zur Bildung des Urethanharzes benötigte Menge hinausgehenden Überschuß an Isocyanatverbindungen enthalten. Die Bildung des Urethanharzes verläuft nach dem Schema:
-N-C =
-OH
- NH - CO n
Isocyanat
Alkohol
Urethan
Die restlichen Isocyanatgruppen reagieren mit Wasser unter Bildung von instabilen Carbamidsäurederivaten, die in Harnstoffverbindungen unter CO„-Abspaltung zerfallen.
i)ie primäre Amingruppe der Harnstoff verbindung reagiert ihrerseits wieder mit Isocyanat unter Bildung von Ureid, das mit einer weiteren Isocyanatgruppe zum Biuret umgesetzt wird und die dreidimensionale Vernetzung des Moleküls bewirkt.
-N=C=O+
- NH - C - OH
Isocyanat
Wasser
Carbamid-
säure-
Derivat
primäres Kohlen-Amin v. dioxyd Harnstoff-
verbindung
isocyanat primäres Amin
■» - NH - C - NH
ti
Ureid
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Isocyanat
~NH-C-NH
Il
Ureid
NH -C-N-C-NH-·
Il Il
OO
Biuret
Bei der erfindungsgemäßen Zugabe des Voradduktes zu einem Gips-Wasser-Gemisch reagiert das überschüssige Isocyanat mit einem Teil des überschüssigen, d.h. für das Abbinden des Gipses nicht benötigten Wassers. Es vird dadurch Kohlendioxid frei, das die Gips—Wasser-Kunstharz-Mischung aufschäumt.
Die Menge des anzuwendenden Wassers wird, dadurch bedingt, daß die Gips-Wasser-Kunstharz-Mischung einen rühr- und schäumfähigen Brei darstellen muß. Um den Teil des nicht zum Abbindes des Gipses und niclit zur Reaktion mit überschüssigem Isocyanat erforderlichen Wasser so klein wie möglich zu halten, ist es zweckmäßig, Gxpsverflüssiger einzusetzen. Durch einen Zusatz von O,1 bis 3 $> vorzugsweise von 0,5,bezogen auf Gips, von Melaminharzen, insbesondere von sulfonsäure-raidifizierten Melaminharzen, läßt sich der Gips-Wasser Faktor von 0,3 auf 0,25 senken.
Um zu verhindern, daß der Gips vor Beendigung der Schäumreaktion abbindet, müssen dem Gipsbrei Abbindeverzögerer zugesetzt werden. Als solcher hat sich Carboxymethylzellulose bewährt, die in Mengen von 0, 1 bis 2 ^, vorzugsweise von 0,5» bezogen auf Gips, in Form einer 8 ^oigen wässrigen Lösung zugesetzt werden kann.
Andererseits ist es erforderlich, daß die Schaumreaktion erst nach einer Startzeit von ca. 5 Minuten einsetzt, um dem Verarbeiter die Möglichkeit zu geben, eine gründliche Durchmischung vorzunehmen und die Mischung in die vorgesehenen
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Formen einzufüllen. Zur Einstellung der Startzeit wird ein Schäumbeschleuniger eingesetzt, der aber zur Abminderung des Effekts auf Zeolithpulver adsorbiert wird. Als Schäum-"besehleunig-fcij:"· küttuuL £.B. DibuLylz;ixirilaurat auf Zeoii tiipuivex· im Verhältnis 1 : 2 bis 1 : 10, vorzugsweise 1 : 7» in Betracht. Von der Mischung werden 0,1 - 2 $, vorzugsweise 0,8 $, bezogen auf Polyurethan-Voraddukt eingesetzt.
Eine Intensivierung der Schäumreaktion kann man dadurch
erreichen, daß man vortemperiertes Anmachwasser verwendet.
Eine Wassertemperatur von 30 - 70 C, vorzugsweise von
50 C, ergibt eine bessere Verschäumung und damit geringere
Schaumdichten.
Damit der noch nicht abgebundene aufgetriebene Schaum nicht wieder,und sei es auch nur partiell, zusammenfällt, empfiehlt es sich, Schaumstabilisatoren zuzusetzen. Als solche haben sich handelsübliche Silikonverbindungen und/oder Methyicellulose in Mengen von 0,1-2 $,bezogen auf Polyurethan-Voraddukt, bewährt.Die Methyicellulose wird in Form von 1-8 $igen wässrigen Lösungen eingesetzt.
Außerdem kann man durch Zusatz von 3 - 30 $, vorzugsweise 10 ^, berechnet auf Polyurethan-Voraddukt, eines oder mehrerer Fluorkohlenwasserstoffe zum Voraddukt eine stärkere Verschäumung erzielen, entsprechend einer geringeren Dichte beim Endprodukt.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird der nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzeugte Gipsschaum in besonderen Formen aufgeschäumt und aushärten gelassen, so daß man speziell geformte Bauelemente erhält. Insbesondere lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Gipsschaum in geeigneten Kastenformen unter Verwendung geeigneter
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Deckschichten aus wasserdampfdurchlässigem Material, wie z.B. Hartfaser-, Span-, Gipskarton- bzw. Asbestzementplatten, in einem einfachen Verfahren Sandwichplatten anfertigen.
Dazu wird in einer Kastenform eine Deckplatte als Bodenplatte eingelegt, die Gips-Va55ei~-Vöxäääakt-M±sch.ung eingefüllt und dann auf die Mischung eine zweite Deckplatte gelegt. Das aufschäumende Gemisch füllt zunächst den Hohlraum zwischen den beiden Deckplatten voll aus , und drückt dann die oben aufliegende Deckplatte gleichmäßig nach oben, eventuell gegen eine obere Begrenzung, so daß ein Parallelstand der Deckflächen gewährleistet wird. Die so entstandene Sandwichplatte ist nach 3 Stunden so weit ausgehärtet, daß sie der Form entnommen werden kann.
Obwohl die erwähnten Polyurethan-Voraddukte bereits eine gute Haftfähigkeit aufweisen, ist es zweckmäßig,zur Verwendung in der Sandwich-Herstellung dem Gemisch noch zusätzliche Haftvermittler beizufügen. Als solche eignen p-ΐΓίΉ rprti spprgi Pfharc Kunstst.of fpulver-,. Z-.B. redispergierbare Polyvinylacetatpulver, oder auch Polyvinylalkohol, von denen Mengen von 0,1 - 0,5 $» vorzugsweise 0,2 $, zugesetzt werden können.
Eine kontinuierliche Bereitung des Gipsschaums ist mit einer Mehrkomponenten-Schäumanlage möglich. Die Komponenten enthalten dann mengenmäßig im Rahmen der vorstehenden Angaben -folgende Bestandteile :
Komponente A: Gips, Verflüssiger, Verzögerer und Beschleunigerads orbens und Schaumstabilisatoren mit Wasser zu pumpfähiger Mischung angerührt .
Komponente B: Polyurethan-Voraddukt
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Beide Komponenten werden im gewünschten Verhältnis durch Pumpen in einen Mischkopf geführt und als schäumbare Masse ausgestoßen, z.B. in eine Reihe von zur Sandwich-Herstellung geeigneten Eastenforffienj
Das nachfolgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung:
Es wurde jeweils in den verschiedenen, in der Tabelle angegebenen Mengenverhältnissen ein Gipsbrei bereitet, der den Verflüssiger und den Verzögerer enthielt, in den das Polyurethan-Voraddukt mit den anderen Additiven,wie Beschleuniger und Stabilisatoren, eingerührt wurde. Die treibfähigen Mischungen wurden dann in Formen gleicher Grundfläche gegossen, in denen sie bis zu verschiedenen Höhen auftrieben und aushärteten. Nach Zh Stunden wurde die Dichte der einzelnen Formkörper gemessen und gegen einen Ansatz ohne Polyurethan-Voraddukt verglichen. Die Ergebnisse sind der folgenden Tabelle zu entnehmen:
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0 Ml 1 _ 2 3 _. 4 5 _ 6 7 _ - 8 9 10 4
et Halbhydrat gips kg 3,5 0,85 3,5 1,4 3,5 3,5 1,4 3,5 3,5 1,4 3,5 3,5 0,85 3,5 3,5 3,5 150
Wasser-Gips Faktor 0,3 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,3 4 0,3 0,3 0,3 0,46
Gipsverflüss.iger g 17,5 MI 17,5 35 17,5 17,5 105 17,5 17,5 175 17,5 17,5 210 150 17,5 17,5 17,5
SuIfonsäure modifiz. me 0,3 0,9 1,5 1,8 0,49
Melaminharz
Abbindeverzögerer g 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
Carboxymethylcellulose - 0,35 1,05 1,75 2
8 feige Lsg. In 'Wasser - - - - -
Wasser 200C kg - Mt - - 0,85
47°C kg 1,4 1,4 1,4 0,85 0,85 yf
Polyurethan-Voraddukt g - 4 4 4
150 150 70 150 ι4ο 150· 210 210 210 210
Beschleunigeradsorbens g 1,66 1,4 0,6 0,83 1,2 0,63 1,8 1,8 1,8 0,4
Dibutylzinndilaurat
Schaumstabilisator
Silikonverbindung g 0,7 0,7 2,1 — 2
Methylcellulose g - 0,7 - 2 - 2
Schäumadditiv g - - 13
Trxchlorfluormethan
Startzeit min. 4 4 4 6 4
Erhärtungszeit min. 150 150 150 150 150
Dichte nach 24 Std· g/cm3 1,01 0,75 0,51 0,60 0,45

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    bestehenden .Bauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß Gips in Gegenwart von Zusätzen, die der Gipsverflüssigung und der Einstellung von Startzeit und Abbindezeit dienen, mit fasser angemischt wird und in dieses Gips-Wasser-Gemisch, in Gegenwart schaumstabilisierender Zusätze t bis 30 ^,vorzugsweise 5 bis 20?s, bezogen auf Gips,Isocyanatverbindungen und/oder Polyurethan-Voraddukte aus überschüssigen Isocyanatverbindungen mit OH-gruppenhaltigen Polyester- Und/oder Polyäther und/oder amingruppenhaltigen Verbindungen eindispergiert werden, welche Mischung nach einer Startzeit aufschäumt und nach der Schäumreaktion abbindet.
    2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß dem Gips als Gipsverflüssiger Melamin-Harze in Mengen von 0,1 bis 3 i°t vorzugsweise 0,5 $, bezogen auf Gips, zugesetzt werden.
    3· Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Startzeit dem Gips bzw. dem Polyurethan-Voraddukt eine gegebenenfalls an Zeolithpulver adsorbierte Zinnverbindung, wie insbesondere Dibutylzinndilaurat, in Mengen von 0,1 bis 2 $, vorzugsweise 0,8 $, bezogen auf Polyurethan-Voraddukt, zugesetzt wird.
    hm Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Einstellung der Abbindezeit dem Gips einen Verzögerer, wie insbesondere Carboxymethylcellulose, in Mengen von 0,1 bis 2 $, vorzugsweise 0,5 iot bezogen auf Gips, zumischt.
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    HOE 75/F 268
    5· Verfahren nach, einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyurethan—Voraddukt Schaumstabilisatoren, insbesondere Silikon-Verbindungen und/oder Methylcellulose in Mengen von 0,1 -2 <fo, bezogen auf Polyurethan-Voraddukt, enthält.
    6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als Schäumadditiv dem Polyurethan-Voraddukt Fluorkohlenwasserstoffe in Mengen von 3 bis 30 ^, vorzugsweise 10$, bezogen auf Polyurethan-Voraddukt, beigefügt sind.
    7· Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung geeigneter Formen Gipsschaum-Formkörper vorgegebener Abmessungen erzeugt werden.
    8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung geeigneter Deckschichten, an denen der Gipsschaum haftet, Sandwichplatten hergestellt werden.
    9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftvermittler dem Polyurethan-Addukt 0,01 bis 0,5 $» vorzugsweise 0,2 $, bezogen auf Gips, eines redispergierbaren Polyvinylalkohole zugesetzt werden.
    10. Verfahren nach Ansprüchen 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Einfüllen der schäumbaren Gipsmasse in die Formen bzw. Deckschichten kontinuierlich erfolgt, insbesondere unter Verwendung von Mehrkomponentenschäumanlagen.
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