DE3523115A1 - Verfahren zur herstellung von gipsgebundenen plattenwerkstoffen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von gipsgebundenen plattenwerkstoffen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gipsgebundenen Plattenwerkstoffen.
Die Verwendung von mit Harnstofformaldehyd beleimten Spanplatten in der Bauindustrie stößt auf immer größere Widerstände, in erster Linie wegen der auch nach dem Einbau noch auftretenden Formaldehydabspaltung. Auch die Brennbarkeit dieses Werkstoffes macht dessen Einsatz in vielen Bereichen des Innenausbaus problematisch.
In den vergangenen Jahren ist daher die Entwicklung mineralisch gebundener Holzwerkstoffe, insbesondere in Form von Span- und Faserplatten forciert worden. Als Bindemittel werden hierbei verschiedene Zementsorten und Gips eingesetzt.
Obwohl die industrielle Herstellung von zementgebundenen Spanplatten schon seit langer Zeit betrieben wird, hat sich diese Platte auf dem Markt nur wenig durchsetzen können. Dies liegt in erster Linie am hohen Preis und dem ungünstigen Quellungs- und Schwingungsverhalten solcher Platten. Probleme entstehen auch bei der Bearbeitung dieser Werkstoffe. Da bei der Herstellung durch im Holz vorhandene Zucker- und Extraktstoffe Abbindeschwierigkeiten hervorgerufen werden, stellt die zementgebundene Spanplatte derzeit keine grundlegende Alternative zur konventionellen Holzspanplatte dar.
Aussichtsreicher erscheint Gips als Bindemittel für plattenförmige Holzwerkstoffe. Bei Bauplatten wird Gips z.Zt. in drei Produkten eingesetzt, der Gipskartonplatte, der Gipsspanplatte und der Gipsfaserplatte. Man kann davon ausgehen, daß in Zukunft die Gipskartonplatte weitgehend durch die Gipsfaserplatte ersetzt werden wird, da letztere eine Reihe von technologischen Vorteilen aufweist. Insbesondere gibt es hinsichtlich ihrer Verarbeitbarkeit keine Nachteile im Vergleich zu konventionellen Holzwerkstoffen. Grundlegende Nachteile aller mit Gips gewonnenen Holzwerkstoffe sind jedoch deren geringe Wasserresistenz, die höhere Rohwichte und die schlechteren Festigkeitseigenschaften.
Die Tabelle 1 gibt Auskunft über die Eigenschaften verschiedener gipsgebundener Plattenwerkstoffe und von Holzspanplatten.
Tabelle 1
Eigenschaften unterschiedlicher Plattenwerkstoffe
Es ist bekannt, daß die Biegefestigkeit von Gipsspan- und -faserplatten u.a. ganz wesentlich vom Wasser- zu- Gips-Wert abhängt. Für die vollständige Rehydratisierung von Stuckgips ist ein Mindest-Wasser-Gips-Wert von 0,17 erforderlich. Bei den bisher auf dem Markt vorhandenen Verfahren wird jedoch mit einem erheblichen Wasserüberschuß gearbeitet. So liegen die Wasser-Gips- Werte bei der Herstellung von Gipskartonplatten und Gipsfaserplatten zwischen 0,7 und 0,9. Das Wasser-Gips-Verhältnis bestimmt wesentlich die Festigkeit abgebundener Gipse. Geringe Wasserzugaben bewirken ein geringeres Porenvolumen und höhere Festigkeit bei höherer Rohrdichte der Trockenmasse. Durch Verringerung des Wasser-Gips-Wertes wird die Wasserresistenz einer Platte jedoch nicht verbessert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von gipsgebundenen Plattenwerkstoffen anzugeben, mit dem die Festigkeitswerte und die Wasserresistenz von Gipsfaser- und Gipsspanplatten soweit verbessert werden, daß diese Platten als Substitut für konventionelle Holzspanplatten verwendet werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest eine der beiden Plattenoberflächen der zuvor gepreßten Platten mit Carbonatanionen behandelt wird. Diese können vorzugsweise in Form von Kaliumcarbonat in wässriger Lösung aufgetragen werden.
Durch die Behandlung der Plattenoberfläche mit Carbonatanionen kann die Festigkeit der geformten Platte mit ihrer Wasserresistenz entscheidend verbessert werden. Dabei läuft auch bei Raumtemperatur mit hoher Geschwindigkeit folgende Reaktion ab:
CaSO4 × 2H2O + K2CO3 → CaCO3 + K2SO4 + 2 H2O
Der Gips an der Plattenoberfläche wird durch die Zugabe des Kaliumcarbonats direkt umgewandelt und formt sich in Kalzit um. Dies hat im Vergleich zum Gips eine wesentlich größere Härte. Sie erhöht sich etwa um den Faktoor 5, und zwar von 0,15 micro Brinell kP/mm2 auf 0,75 micro Brinell kP/mm2. Je nach Gipsgehalt in der Plattenoberfläche, Struktur des Gipses und Intensität der Umwandlungsreaktionen an den Plattenoberflächen können die Plattenbiegefestigkeiten und ihr Elastizitätsmodul leicht auf das Doppelte der unbehandelten Platte gesteigert werden. Die Wasserresistenz der Platte und die Formstabilität können erheblich verbessert werden. Das Aufbringen der Carbonatanionen kann in Form einer wässrigen Carbonatlösung durch Besprühen der Plattenoberfläche, durch Begießen oder aber durch Walzenauftragssysteme erfolgen. Die so behandelten Platten können problemlos auf Biegefestigkeiten von konventionellen Holzspanplatten gebracht werden. Im Vergleich zu den Biegefestigkeiten der heute industriell hergestellten Gipsplattenwerkstoffe können sie leicht auf das Doppelte und höher gesteigert werden. In Bezug auf ihr Quell- und Schwindungsverhalten sind diese Platten deutlich besser als konventionelle Holzspanplatten.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weden trockene Holzspäne oder durch trockene Zerfaserung von Altpapier, z.B. in einem Refiner, gewonnene Fasern mit Gips vermischt. Vor der Formbildung der Platten wid diesem Gemisch Wasser in Mengen zugedüst, so daß ein Wasser-Gips-Wert von 0,3 nicht überschritten wird. Durch Variationen der Gips- und Faser- oder Spananteile können mehrschichtige Platten hergestellt werden, in denen z.B. in der Mittelschicht geringere und in den Außenschichten höhere Gipsanteile vorhanden sind. Die Formung des Plattenvlieses geschieht in konventioneller Weise durch Streuung der einzelnen Schichten auf ein sich bewegendes Band. Es erfolgt dann eine kalte Verpressung und anschließend eine Trocknung der Platte im Trockner. Auf die Plattenoberfläche wird 0,5 bis 5% Kaliumcarbonat (K2CO3) pro atro Platte (bezogen auf die absolut trockene Platte) in wässriger Lösung aufgetragen. Die Platten können dabei nach iher Verpressung und vor dem Auftrag der K2CO3-Lösung getrocknet werden, wobei die Trocknung vorzugsweise bei Raumtemperatur oder in einem Warmluftstrom erfolgt. Die Platten können nach ihrer Oberflächenbehandlung einer Nachpressung unterzogen werden.
Bei der Ausbildung von Dreischichtplatten mit geringem Gipsfaseranteil in der Mittelschicht und einem hohen Anteil in den Deckschichten können sowohl durch Zugabe von Stärke in der Mittelschicht als auch durch die Karbonatisierungsreaktion in den Deckschichten die Plattenfestigkeiten erheblich gesteigert werden. Da die Verfestigungsreaktionen durch Umwandlung des Gipses erfolgen, können daraus resultierende Festigkeitssteigerungen bei allen gipsgebundenen Plattenwerkstoffen erreicht werden.
Beispiel 1:
Altpapier wird in trockener Form in einem Refiner zerfasert. Dem Altpapier werden bezogen auf sein atro (absolut trockenes) Gewicht 300% Gips in einem Mischer zugemischt. Zu dieser Mischung wird Wasser zugedüst, so daß ein Wasser-Gips-Verhältnis von etwa 0,3 vorliegt. Die Mischung wird zu einem Vlies mit gleichmäßiger Masseverteilung ausgestreut und dann mit einem spezifischen Druck von 4 N/m2 verpreßt. Die Platte wird anschließend in einem Trockenschrank getrocknet und dann wird auf die Oberfläche eine dreimolare K2CO3-Lösung aufgetragen. Die Gewichtsaufnahme durch die wässrige Lösung beträgt etwa 3%. Die Trocknung der Platte erfolgt bei Raumtemperatur.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von gipsgebundenen Plattenwerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Plattenoberflächen der zuvor gepreßten Platten mit Carbonatanionen behandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Plattenoberfläche Kaliumcarbonat in wässriger Lösung aufgetragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Gipsfaserplatten auf Basis von Altpapier nach einem Halbtrockenverfahren mit einem Wasser-Gipswert von ca. 0,3 durch kalte Verpressung des Gips-Fasergemisches, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Plattenoberfläche 0,5-5% K2CO3 pro atro Platte in wässriger Lösung aufgetragen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten nach ihrer Verpressung und vor dem Auftrag der K2CO3-Lösung getrocknet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung bei Raumtemperatur erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung in einem Warmluftstrom erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten nach ihrer Oberflächenbehandlung einer Nachverpressung unterzogen werden.
8. Gipsfaserplatte, hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mittelschicht mit geringerem Gipsfaseranteil und zwei Deckschichten mit höherem Anteil an Gips.
9. Gipsfaserplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelschicht Stärke zugesetzt ist.
10. Gipsfaserplatte, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Oberfläche der Gips in Kalzit umgeformt ist.
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