DE3523115C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steigerung der Festig­ keit gipsgebundener Plattenwerkstoffe mit einer der Platten­ herstellung unter Vliesbildung aus dem Gips-Faser-Gemisch nach­ geschalteten Karbonatisierung oberflächennaher Schichten.

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 proble­ matisch. 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.

Es ist bereits für Produkte aus Gips bekannt, dem Kalziumsulfat­ dihydrat Kaliumsalze, wie Kaliumhydrogencarbonat, hinzuzufügen (WO 81/02 010). Die die Gipsprodukte ver­ bessernden mineralischen Zusätze werden hierbei vor der Produktherstellung zugemischt, d. h. sie liegen innerhalb des fertigen Produkts verteilt vor, wodurch deren Gesamtfestigkeit erhöht wird. Durch Zusatz von Hydrogencarbonat wird ein porö­ ses Produkt erzeugt, wobei über die zugegebene Menge des Karbonats die Porosität gesteuert wird. Es wird die Lehre vermit­ telt, durch Tränken der offenen Poren der fertigen Gipsprodukte mit Chemikalienlösungen, wie Kaliumsulfat und Natriumtetraborat, deren Oberflächen zu vergüten.

Des weiteren sind Gipsprodukte, u. a. Bauplatten aus Kalzium­ sulfatdihydrat, unter Zusatz faserförmiger Materialien und ge­ gebenenfalls Bindemitteln, wie Harnstoff, Formaldehydharz oder Aluminiumsulfat, bekannt (DE 26 49 300 A1). Hierbei wird aus den Ausgangsmaterialien zunächst eine Suspension hergestellt und über ein Sieb der größte Teil des Prozeßwassers abgezogen. Für das faserförmige Material wird hierbei auf Zellstoff und Altpapier hingewiesen.

Gleichfalls bekannt ist es, die Festigkeit von Gipsprodukten durch Zusatz von Kalk zu steigern (US-PS 34 14 462). Durch die Reaktion des Kalks mit Kohlendioxidgas oder kohlendioxid­ haltigen Lösungen wird eine Karbonatisierung durchgeführt. Für diese Behandlung bzw. Umsetzung des Gipses zu Karbonat ist die Zugabe von Kalziumhydroxid zum Gips die Voraussetzung. Durch diese Vergütung des fertigen Produkts wird dessen Oberfläche wasserresistent. Für das zweitgenannte Verfahren, das kohlen­ dioxidhaltige Lösungen zur Fällung von Kalziumcarbonat ein­ setzt, sind hohe Drücke und Temperaturen aufzubringen, die einen entsprechend hohen apparativen und verfahrenstechnischen Aufwand erfordern.

Schließlich ist es bekannt, die für die Rehydratisierung und Formung erforderliche Anmachwassermenge durch wassergetränkte Teilchen zuzuführen. Diese bilden mit dem pulverförmigen Gips ein rieselförmiges Gemenge und können nachfolgend annähernd drucklos in die gewünschte Form des Gipsbauteils gebracht werden.

Für Platten wesentlich ist deren Festigkeit, insbesondere ge­ genüber Durchbiegung. Unter einer derartigen Beanspruchung hat die Außenschicht einer Platte den größten Anteil der Belastung aufzunehmen. Für Platten sind deshalb die Fasern in den ober­ flächennahen Schichten in der mineralischen Matrix wesentlich besser zu fixieren als in den zentralen Schichten. Demgegen­ über ist in den zentralen Schichten eine Flexibilität er­ wünscht, um in diesen auftretende Schubspannung aufzunehmen. 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 Schwindungsverhalten solcher Platten. Probleme entstehen auch bei der Bearbeitung dieser Werkstoffe. Da bei der Herstellung durch im Holz vorhandene Zucker- und Extrakt­ stoffe Abbindeschwierigkeiten hervorgerufen werden, stellt die zementgebundene Spanplatte derzeit keine grundlegende Alterna­ tive zur konventionellen Holzspanplatte dar.

Aussichtsreicher erscheint Gips als Bindemittel für platten­ förmige Holzwerkstoffe. Bei Bauplatten wird Gips z. Z. in drei Produkten eingesetzt, der Gipskartonplatte, der Gips­ spanplatte 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 Ver­ gleich zu konventionellen Holzwerkstoffen. Grundlegender Nach­ teil aller mit Gips gewonnener Holzwerkstoffe sind jedoch de­ ren geringe Wasserresistenz, die höhere Rohwichte und die schlechteren Festigkeitseigenschaften.

Die Tabelle 1 gibt Auskunft über die Eigenschaften verschiede­ ner gipsgebundener Plattenwerkstoffe und von Holzspanplatten.

Tabelle 1

Eigenschaften unterschiedlicher Plattenwerkstoffe

Es ist bekannt, daß die Biegefestigkeit von Gipsspan- und -faserplatten u. a. wesentlich vom Wasser-/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 er­ heblichen Wasserüberschuß gearbeitet. So liegen die Wasser-/ Gips-Werte bei der Herstellung von Gipskartonplatten und Gips­ faserplatten 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 Wasser­ resistenz einer Platte jedoch nicht verbessert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steigerung der Festigkeit gipsgebundener Plattenwerkstoffe an­ zugeben, bei dem zugleich deren Wasserresistenz so weit verbes­ sert wird, daß diese Platten als Substitut für konventionelle Holzspanplatten verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumin­ dest eine der beiden Plattenoberflächen der zuvor gepreßten Platten mit Kaliumcarbonat in wäßriger Lösung behandelt wird. Durch diese Oberflächenbehandlung wird Kalziumsulfat zu Kal­ ziumcarbonat und zugleich Kaliumsulfat umgewandelt. Jeder die­ ser Verbindungen kommt eine besondere Bedeutung zu. Kalzium­ carbonat ist wesentlich wasserresistenter und bewirkt zugleich eine Verdichtung der Struktur in der Plattenoberfläche. Ka­ liumsulfat beschleunigt, und das ist für Platten wesentlich, das Abbinden des Gipses in den oberflächennahen Schichten, wo­ durch der Verbund zwischen Faser und mineralischem Binder in diesem Bereich und damit die Festigkeit der Platte verbessert wird. Durch diese Behandlung der Plattenoberfläche mit Kalium­ carbonat in wäßriger Lösung kann die Festigkeit der geformten Platte und zugleich ihre Wasserresistenz entscheidend verbes­ sert werden. Dabei läuft auch bei Raumtemperatur mit hoher Ge­ schwindigkeit folgende Reaktion ab:

CaSO₄ × 2 H₂O + 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 Faktor 5, und zwar von 153 mikro Brinell N/mm² auf 765 mikro Brinell N/mm². Je nach Gipsgehalt in der 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 (6)

1. Verfahren zur Steigerung der Festigkeit gipsgebundener Plattenwerkstoffe mit einer der Plattenherstellung unter Vliesbildung aus dem Gips-Faser-Gemisch nachgeschalteten Karbo­ natisierung oberflächennaher Schichten, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest eine der beiden Plattenoberflächen der zuvor gepreßten Platten mit Kaliumcarbonat in wäßriger Lösung behandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung von Fasern auf der Basis von Altpapier nach einem Halbtrockenverfahren mit einem Wasser-/Gipswert von max. 0,3 und durch kalte Ver­ pressung des Gips-Faser-Gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß 0,5-5% Kaliumcarbonat, bezogen auf die absolut trockene Platte, in wäßriger Lösung aufgetragen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die verpreßten Platten in Vorschaltung zum Auftrag des Kaliumcarbonats getrocknet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Platten nach ihrer Oberflächenbehandlung einer Nachverpressung unterzogen werden.

15. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden zur Herstel­ lung von Gipsfaserplatten in mehreren Schichten, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mittlere Schicht mit geringerem und die beiden Deckschichten mit höherem Gipsanteil hergestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelschicht Stärke zugesetzt wird.