DE2818835C2

DE2818835C2 - Verfahren zum Herstellen eines wasserfesten Gipserzeugnisses

Info

Publication number: DE2818835C2
Application number: DE2818835A
Authority: DE
Inventors: Adriaan Johannes Hendrikus Alberton Transvaal Lamprecht; Simbert Walter Boksburg Transvaal Maier
Original assignee: Gypsum Industries Ltd
Current assignee: Gypsum Industries Ltd
Priority date: 1977-04-29
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1982-10-28
Also published as: ZA772579B; BE866575A; BR7802716A; FR2388772A1; AU507429B2; SE7804946L; JPS5627461B2; DK146620B; NZ187118A; DK146620C; DE2818835A1; IL54575A; IL54575A0; CA1098136A; FR2388772B1; NO145158C; NL7804658A; AR218665A1; NL177306B; JPS5415934A

Description

65

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art.
Normalerwelse werden Gipserzeugnisse, z. B. Bohlen für Wände u. dgl., in der folgenden Welse hergestellt: Gips In der Halbhydratform wird mit einer bestimmten Wassermenge (als „Wasserbedarf bekannt) vermischt, um einen Schlamm oder Brei erforderlicher Konsistenz zu bilden. Zur Herstellung einer Bohle wird der Schlamm zwischen Papierauskleidungen eingespeist und in einer Form zur richtigen Gestalt geformt. Der Abblnüevorgang, der von exothermer Art ist, findet danach statt und führt zum harten Gipserzeugnis, das nicht ohne weiteres wasserdicht ist.

Es sind auch Verfahren bekannt, nach denen solche Erzeugnisse besser wasserdicht gemacht werden sollen.

So beschreibt die US-PS 39 35 021 einen gemeinsamen Zusatz von Wachs und Asphalt in Emulsionsform zu Gips, aus der US-PS 24 83 806 sind Zusätze einer Bltumen-Wachs-Emulsion oder von Asphalt, Wachs oder Pech in Emulsionsform bekannt, und „Zement-Kalk-Glps" (1975), Seiten 337-341 offenbart ebenfalls Asphaltoder TeeremulslOiien als Zusätze zur Verbesserung der Wasserdichtheit von Gipserzeugnissen.

Das Arbeiten mit diesen Emulsionen Ist nicht nur relativ umständlich, sondern hat auch den Nachteil möglicher ungünstiger Nebenwlrklngen der erforderlichen Emulgiermittel auf die Gipserzeugnisse, nämlich Gipsabbindungsverzögerung, die erst wieder durch Zusatz von Abblndungsbeschleunlgern ausgeglichen werden muß. Außerdem ist die erreichte Wasserdichtheit noch nicht immer befriedigend, und auch die Festigkeitswerte sind nur mäßig.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs vorausgesetzten Art so zu verbessern, daß es einfacher durchführbar Ist, ohne die Gipsabblndung verzögernde Zusätze arbeitet und zu einer ausgezeichneten Wasserdichtheit und Festigkeit der Gipserzeugnisse führt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

So Ist das erfindungsgemäß verwendete Wachs vorzugsweise ein Paraffinwachs oder Microwachs mit den im folgenden noch näher angegebenen Eigenschaften, und das erfindungsgemäß verwendete Pech Ist vorzugsweise eine Pech-Schwerrückstandsöl-Masse.

Durch Einsatz einer homogenen Pech-Wachs-Schmelze erreicht man eine Vereinfachung des Verfahrens, beseitigt die mit Emulgiermtteln verbundene Abbindungsverzögerung und erzielt vorteilhafte Wasserdichthelts- und Festigkeitswerte der Gipserzeugnisse, da bei dieser Arbeitsweise ein Minimum an Störung der Kristallbildung der Gipserzeugnisse erreicht wird.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schlamm vorzugsweise zu einer Bohle, einem Gesims, einem Dachziegel oder einer Kachel o. dgl. geformt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird Im folgenden zusammen mit Vergleichsversuchen und deren Ergebnissen erläutert.

Bei diesem Ausführungsbelsplel umfaßt ein Verfahren zur Herstellung wasserdichter Gipserzeugnisse die folgenden Schritte:

(a) Eine flüssige Mischung der Pechmasse und des Wachses Im Verhätlnls 15:1 wird bei einer Temperatur von wenigstens 120° C hergestellt. Bei dieser Temperatur erhält man eine homogene flüssige Mischung. Zwei Wachse, ein Paraffinwachs und ein Microwachs, wurden als besonders geeignet befunden und haben folgende Merkmale:

(1) Paraffinwachs

Physikalische Eigenschaften:

Latente Schmelzwärme

Spezifische Wärme:

Festzustand 20° C

Rüssigkeltszustand 120° C
180° C
240⁰C

Viskosität bei 100° C

1,84 kJ/kg

l,93kJ/kg°C
2,4C kJ/kg° C
2,48 kJ/kg° C
2,63 kJ/kg°

3,5 · 10"³ Pa.s
Erfordernisse (Prüfverfahren In Klammern)

Grenzen (Typische
Ergebnisse)

Farbe - weiß

Erstarrungspunkt ⁰C 57-60 (58)

(ASTM D938, IP76)

Ölgehalt -

Methyl-Äthyl-Keton

Löslichkeit (- 32° C)

(ASTM D721, IP158) Massen % 1,5 rna.; (1,4)

Antl-Oxldatlons- Massen % (0,004)

mittel

Durchschnitts- (400)

Molekularmasse

(il) Microwachs

Physikalische Eigenschaften:

Schmelzpunkt - 77,2° C

(ASTM Dl 27)

Ölgehalt - 1,5 Gew.-%

(ASTM D721)

Nadeleindringen

(ASTM D1321) bei 20° C - 20

bei 35° C - 54

bei 45° C - 125.

(Beim Nadeleindringtest wird die Tiefe des Eindringens einer einen Durchmesser von etwa 0,15 mm aufweisender· Nadelspitze bei einer Belastung von 100 g während 5 s In das Wachs in Zehntelmillimetern gemessen.)

Farbe - 2,5 (Verglelchskalenwert)

(ASTM D1500)
Sperrtemperatur- 1,6° C
(ASTM D1465)

(= Temperatur, bei der ein geschmolzenes Wachs nach Abkühlung keine weiteren Fließeigenschaften hat.)

Viskosität
(ASTM D445) bei 98,8° C - 8,2 · 10° Pa.s

Das verwendete Pech war eine Pech'/Schwerruckstandsöl-Masse mit den folgenden Eigenschaften:
Physikalische Eigenschaften:
Ring- und Kugel -

erwelchungspunkt 25-80° C, vorzugsweise etwa 5O⁰C

(= Temperatur, bei der ein Stoff unter bestimmten Versuchsbedingungen einen bestimmten Weichheitsgrad erreicht.)

Viskosität bei 15,5° C angenähert 0,1 Pa.s
Dichte bei 20° C 1,224

Maxlmal-Phenolgehalt 1 %

Unlösliches Material
In Kohlendlsulfid

maximal 10,3%

Das Verhältnis des Pechs zum Wachs ist 15 : 1.

(b) Nach dem Mischen wird die flüssige homogene Pech-/Wachs-Mischung durch ein beheiztes Zuführungssystem in einen Mischer eingeführt, In den gleichzeitig kalzinierter Gips und Wasser zur Bildung eines Schlammes mit dem richtigen Wasserbedarf «Ingeführt werden. Das Gewicht der eingeführten flüssigen Mischung ist etwa gleich 15% des kalzinierten Gipshalbhydrats auf Trockengweichtsbasis.

(c) Die gebildete Schlammischung wird dann in bekannter Welse zu der gewünschten Gestalt geformt. Beispielswelse wird sie, wenn Bohlen hergestellt werden, zwischen Papierauskleidungen gebracht und dann zwischen Walzen u. dgl. geformt.

(d) Das geformte Erzeugnis läßt man für die erforderliche Zeitdauer abbinden, während deren der Gips aus dem Halbhydrat (2CaSO₄-¹^H₂O) zum Dihydrat QCaSO₄- 2H₂O) umgewandelt wird.

(e) Nach dem Abbinden wird das Erzeugnis In einem Ofen getrocknet. Die Trocknungstemperatur muß niedrig genug sein, um keine Rekalzinierung des Gipses zu bewirken, und hoch genug sein, um ein Erweichen oder Schmelzen sowohl des Pechs als auch des Wachses zu sichern.

(0 Die Papierauskleidungen können dann durch Eintauchen des Erzeugnisses in eine hochgradig eindringende Bitumenemulsion mit folgenden Eigenschaften wasserdicht gemacht werden:

Physikalische Eigenschaften:

1. Aus Bitumen mit einem Erweichungspunkt von 80° C und einem Elndrlngungsgrad von 100 hergestellten Bitumen.

2. Mindestbitumen- + -Schmelzmittelgehalt 85%
Grundzusammensetzung:

Bitumen

Schmelzmittel

Wasser und sonstiges organisches

Material

Destillationsbereich

3.

bis zu 225° C
bis zu 260° C
bis zu 316° C
bis zu 360° C

30- 65% destilliert
45- 85% destilliert
75- 95% destilliert
95-100% destilliert.

Obwohl der Mechanismus der Wasserdichtmachungswlrkung nicht sicher bekannt 1st, sieht die Hypothese der Erfinder den folgenden Mechanismus vor, der die im folgenden beschriebenen Versuchsergebnisse erklärt.
Während des Trocknungsstadiums wird die Pech-/ Wachs-Mischung über die Schmelzpunkte beider Bestandteile erhitzt. Die flüssige Mischung ist so imstande, in die dem Erzeugnis eigenen Kapillarkanäle zu fließen, und bietet wegen deren anfänglich disperglerten Zustande nicht viel Widerstand für zur Erzeugnlsoberfläche wanderndes Wasser.

Wenn sich das Erzeugnis und damit die flüssige Mischung nach dem Trocknungsvorgang abkühlt, werden das Pech und das Wachs weniger mischbar. Man nimmt an, daß sich das Wachs vom Pech trennt und sich längs der Kapillarkanäle im Erzeugnis anordnet. Dies sichert seinerseits eine negative Kapillarwirkung bezüglich des Wassers, und daher wird jede äußerliche Feuchtigkeit am Eindringen In das Erzeugnis durch die Kapillarkanäle verhindert. Diese Trennung findet während des anfänglichen Zusatzes der Mischung zum Schlamm wegen der hohen Abkühlungsgeschwindigkeit wahrscheinlich nicht in großem Ausmaß statt.
Eine Anzahl von Verglelchsversuchen wurde mit

Tafeln durchgeführt, die nach vorstehender Beschreibung hergestellt wurden, wobei sowohl Tafeln mit als auch ohne wasserdicht gemachte Paplerauskleldungen untersucht wurden. Diese Versuche und Ihre Ergebnisse werden Im folgenden kurz erläutert:

A) Feuchtlgkeltseinclrlngungs-Test

Diese Tests wurden mit einer normalen Tafel ohne Wasserdlchtmachung und mit vier anderen Tafeln durchgeführt, die In der oben beschriebenen Welse unter¹ Verwendung von Pech'/Wachs-Mischungen verschiedener Anteilsverhältnisse wasserdicht gemacht waren. Die Tafeln hatten keine Paplerauskleldungen und waren von einem Format mit 20 cm χ 20 cm Quadrat und 1,27 m Dicke. Die Beschreibung des Verfahrens Ist folgende:

Ein zylindrischer Napf von 30 mm Durchmesser und 55 mm Höhe wurde auf die Tafeloberfläche mit einem Klebstoff auf Gummilatexbasis aufgeklebt. Als der Klebstoff völlig trocken war, wurde der Napf mit Wasser gefüllt. Die prozentualen Feuchtigkeitsgehalte In der Tafel wurden In Abständen erfaßt, wie in der Tabelle 1 und im Diagramm der Fig. 1 ersichtlich Ist. Das Prinzip der Feuchtigkeitsmessung ist die Messung des elektrischen Widerstands, der zur Menge des In der Probe vorliegenden Wassers in Beziehung steht.

Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 aufgeführt, woraus ersichtlich Ist, daß 15% Pech und 1% Wachs das richtige Verhältnis der Mischung zum Erreichen optimaler Ergebnisse ist, d. h. diese Tafel zeigte nach fortlaufender Prüfung über 142 h einen Feuchtigkeitsanstieg von nur 0,3% des Feuchtigkeitsgehalts einer gleichartigen Tafel, die den obwaltenden atmosphärischen Feuchtigkeitsgraden ausgesetzt war.

Aus dem aufgetragenen Verlauf des Anstiegs des Feuchtigkeitsprozentsatzes mit der Zeit entsprechend der Darstellung Im Diagramm der Flg. 1 1st ersichtlich, daß sich, obwohl die Oberseite der Tafel ständigem Wasserkontakt ausgesetzt ist, die Wasserabwelsungs-Eigenschaften der Tafel mit der Zeit verbessern. Es ist auch klar, daß ziemlich befriedigende Ergebnisse bei Anwendung von Verhältnissen von etwa 10: 1 erhältlich sind, daß jedoch Verhältnisse von weniger als 10: 1 zu einer Verschlechterung der Wasserbeständigkeits-Eigenschaften in den letzten Stufen der Versuche führen. Für Verhältnisse von weniger als 7:1 beginnt eine rasche Verschlechterung bereits in den erstem Stadien der Prüfung.

B) Verschlechterungs- und Wasserabsorptions-Test

Dieser Test wurde durch Eintauchen eines 50 cm χ 50 cm-Stücks der Gipstafel, die mit der Mischung mit einem Peclv/Wachs-Verhältnis von 15 :1 behandelt war, unter 25 mm Wasser durchgeführt. Stücke ähnlicher Abmessungen aus Bitumenbasis-Dämmschicht und wasserbeständigem, mit Bitumen behandeltem Papierfilz wurden als Bezugsnormalproben verwendet, da sie beide einen anerkannten Wasserdichtheitsgrad aufweisen. Die Proben wurden mittels eines rostfreien Stahldrahtkäfigs unter Wasser gehalten. Die Mengen des absorbierten Wassers wurden anhand des Gewichtsunterschiedes in Abständen nach Entfernung von Überschußfeuchtigkeit an der Oberfläche der Proben unter Verwendung von Löschpapier erfaßt. Alle Proben wurden in gleicher Weise behandelt.

Aus den im Diagramm nach Fig.2 aufgetragenen Ergebnissen ersieht man, daß die wasserbeständige Gipstafel weniger Wasser als sowohl die Bitumenbaslsdämmschicht als auch der mit Bitumen behandelte Papierfilz absorbierte.

Beobachtungen hinsichtlich der Verschlechterung:

1. Die wasserbeständige Tafel zeigte sehr geringe Zeichen von Zerrelben nach einem 50stündlgen Eintauchen unter Wasser, doch war sie ansonsten gesund und Intakt.

2. Die wasserbeständige Dämmschicht und der Papierfilz zeigten Zeichen von Erweichung und eine bestimmte Festigkeitsverringerung.

3. Allgemein schnitt die wasserbeständige Gipstafel beim Vergleich mit sowohl der mit Bitumen behandelten Dämmschicht als auch dem mit Bitumen behandelten wasserbeständigen Papierfilz sehr günstig ab.

Testproben, die dem South African Bureau of Standards vorgelegt und durch 25 mm tiefes Untertauchen in fließendes Wasser von 23 ± 3° C geprüft wurden, zeigen nur einen Durchschnittsgewichtsanstieg von 0,53% nach h Gesarntelntauchzeit. Diese Proben waren nahezu zwei Monate alt, als sie geprüft wurden, was die Tatsache bestätigt, daß sich das Material mit der Zelt verbessert. Hinsichtlich der Wasserabsorptionstests, deren Ergebnisse in Flg. 2 wiedergegeben sind, Ist zu bemerken, daß sie mit neu hergestelltem Material durchgeführt wurden.

C) Test zur Bestimmung der Witterungsbeständigkeit

Die folgenden beiden Tests wurden durchgeführt:

(a) Simulierte extreme Änderungen der Wetterbedingungen

Je eine 20 cm χ 20 cm-Probe der mit einer Mischung von Pech und Wachs Im Verhältnis 15 : 1 behandelten Gipstafel und einer unbehandelten Tafel wurden folgenden Extremwerten unterworfen:

Die Proben wurden in Wasser bei 20° C angenähert 12 h täglich untergetaucht und dann für die nächsten 12 h in einen Ofen bei 40°C gegeben. Dieses Verfahren wurde 14mal wiederholt.

Ergebnis: Dieses Erhltzungs-Befeuchtungsabkühlungs-Wiedererhitzungs-Verfahren schien die behandelte Tafel härter und gegenüber den Änderungen widerstandsfähiger zu machen, während die unbehandelte Tafel erweichte und nach der dritten Wiederholung zerfiel.

(b) Normalen Wetterbedingungen ausgesetzte Proben
Gleichartige Kontrollproben wie in (a) wurden verwendet und der freien Luft 7 Tage ausgesetzt, während deren ziemlich starke Regenfälle fünfmal auftraten und die Atmosphärentemperaturen zwischen 15 und 29° C schwankten. Die Ergebnisse waren den in (a) erhaltenen gleichartig

D) Vergleich der Druckfestigkeiten

Ein Enderzeugnis in Form einer wasserbeständigen Tafel, die mit wasserdichten Papierauskleidungen bedeckt war, erwies sich als angenähert 50% fester als das herkömmliche unbehandelte Gipserzeugnis mit der gleichen Dicke.

Die bei erfindungsgemäß hergestellten Gipserzeugnissen erhaltenen guten wasserdichten Eigenschaften sind aus den obigen Tests ersichtlich. Andere Vorteile wurden auch noch festgestellt.

Erstens steigerte der Zusatz der Pech- und Wachsmischung die Abbindegeschwindigkeit des Gipsschlammes bei Laboratoriumsproben, hatte jedoch keine merkliche Wirkung bei Produktionsmaßstab-Anwendung. Sicherlich wurden keine ungünstigen Effekte festgestellt. Tests zeigten, daß die Verwendung von Bitumenemulsionen zur Veringerung der Abbindegeschwindigkeit neigt.

Zweitens haben Erzeugnisse, die aus dem behandelten Schlamm hergestellt werden, Im Vergleich mit unbehandelten Erzeugnissen verbesserte Festigkeitseigenschaften. Dies würde eine minderwertige und daher weniger aufwendige Paplerauskleldung bei der Herstellung zu verwenden ermöglichen.

Drittens verbessern sich aufgrund der Versuchsergebnisse offenbar die guten Eigenschaften der Erzeugnisse mit der Zelt.

Es wurde Inzwischen auch von South African Bureau of Standards bestätigt, daß das Erzeugnis eine wenigstens so gute Feuerbeständigkeitseinstufung wie die eines herkömmlichen Gipserzeugnisses aufweist, und ein Zertifikat wurde bezüglich dieser Wirkung ausgestellt.

Tabelle 1
Prozentuale Feuchtigkeit der

Tafel

ns

Nach
W

4h
D

Nach
W

72 h
D

Nach
W

80 h
D

Nach
W

96 h
D

Nach
W

130 h
D

Nach
W

142
D

h

Pech-/Wachs-Verhältnls
der Mischung In der Tafel

9,0
10,0

10 0*

Π0

10 0*

117

10 0"

ns

10 0*

140

ion*

Ii S

mn*

14

S

Keine Mischung zugesetzt

Zu Beginn
W D

9,5
95

10,5
ins

8,0
90

30,0*
PS

8,0
in ι

30,0*
pn

9,0
9S

30,0*
ΠΠ

10,0
ion

30,0*
ISO

8,2
9S

30,0*
30,0*

10
in

.7
7

5:1
7 ■ 1

13,5

10,0
9S

8,5
85

12,0
11 0

10,0
94

11,5
ii η

9,2
90

12,0
11 0

10,0
100

11,2
10 1

9,2
90

12,8
ii η

10
10

,7
7

10:1
15:1

9,0
10,0

9,5
9,5

Wo: W Die Unterseltenfläche der Probe darstellt, die ständig einem 55 mm-Wasserstand auf der Oberfläche ausgesetzt Ist, und D den Rest der Probe bedeutet, der der Umgebungsatmosphäre bei herrschenden Feuchtigkeitsbedingungen ausgesetzt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprache:

1. Verfahren zum Herstellen eines wasserfesten Gipserzeugnisses auf der Basis von Gips und Zusätzen von Pech und Wachs durch Mischen, Formen und Trocknen, dadurch gekennzeichnet, daB man bei erhöhter Temperatur eine homogene flüssige Mischung von Pech und Wachs herstellt, wobei das Gewichtsverhältnis von Pech zu Wachs Im Bereich von 25:1 bis 7:1 Hegt, die flüssige Mischung mit Gips und Wasser zur Bildung eines Schlammes mit dem zum Abbinden erforderlichen Wasserbedarf mischt, wobei das Gewicht der flüssigen Mischung 10 bis 20Gew.-% des Gipshalbhydrats auf Trockengewichtsbasls beträgt, den erhaltenen Schlamm formt und abbinden läßt und den abgebundenen Körper auf eine genügend hohe Temperatur, um soworü das Pech als auch das Wachs zu schmelzen, aber genügend niedrige Temperatur, um eine Rekalzinierung des Gipses zu verhindern, erhitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gewichtsverhältnis von Pech zu Wachs von 16 :1 bis 10: 1 verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gewichtsverhältnis von Pech zu Wachs von 15:1 verwendet.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man 15 Gew.-96 der flüssigen Mischung, bezogen auf das Trockengewicht des Gipshalbhydrates, verwendet.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige Mischung beim Bilden des Schlammes mit wenigstens 120° C verwendet.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Pech eine Pech-Schwerrückstandsöl-Masse verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paraffinwachs mit einer latenten Schmelzwärme von l,84kJ/kg, einer spezifischen Wärme bei 20° C von 1,93 kJ/kg°C, im Flüsslgkeltszustand bei 120° C von 2,40 kJ/kg ° C, bei 180° C von 2,48 kJ/kg°C, bei 240° C.von 2,63 kJ/kg°C, einer Viskosität bei 100° C von 3,5 · 1(H Pa.s und einem Erstarrungspunkt von 57-60° C verwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Microwachs mit einem Schmelzpunkt von 77,2° C, einer Nadelelndrlngung bei 20° C von 20, bei 35° C von 54, bei 45° C von 125, einer Sperrtemperatur von 1,6° C und einer Viskosität bei 98,8° C von 8,2 · 10"³ Pa ■ s verwendet.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schlamm in einer Paplerauskleldung, die durch Sättigung mit einer hochgradig eindringenden Bitumenmasse wasserdicht gemacht 1st, formt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Bitumenmasse eine Verschnittbitumenmasse verwendet wird.