-
Diese
Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Aushärten von
gebranntem Gips. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf die
Verwendung von gemahlenem Gips und von Bisulfatsalzen zur Verringerung
der Aushärtungszeit,
Herabsetzung des Wasserbedarfes und Reduzierung der Trocknungszeit,
wenn Gipsprodukte hergestellt werden.
-
Gips
ist ein sehr praktisches und kostengünstiges Baumaterial. Er ist
auch als Calciumsulfatdihydrat bekannt. Wenn abgebautes Calciumsulfatdihydrat
gemahlen worden ist, wird es auch als „Landplaster" bezeichnet. Calciumsulfathemihydrat
ist auch als gebrannter Gips, Stuckgips, Calciumsulfatsemihydrat,
Calciumsulfathalbhydrat oder Halbhydratplaster bekannt. Synthetischer
Gips, der ein Nebenprodukt von Rauchgasentschwefelungsprozessen
bei Kraftwerken darstellt, kann auch verwendet werden. Wenn er abgebaut
wird, findet man Rohgips in der Dihydratform. In dieser Form sind
zwei Wassermoleküle
mit jedem Molekül
Calciumsulfat assoziiert. Um die Halbhydratform zu erzeugen, kann
der Gips gebrannt werden, um das Hydratwasser gemäß der folgenden
Gleichung auszutreiben: CaSO4·2H2O→CaSO9·1/2H2O+3/2H2O
-
Eine
Reihe von nützlichen
Gipsprodukten kann hergestellt werden, indem das Calciumsulfathalbhydrat
mit Wasser zur Ausbildung eines Schlammes vermischt und der entstandene
Produktschlamm in die gewünschte
Form gegossen wird. Dieser Produktschlamm kann dann aushärten, indem
man das Calciumsulfathalbhydrat mit einer ausreichenden Menge Wasser
reagieren läßt, um das
Halbhydrat in eine Matrix von miteinander verbundenen Dihydratkristallen
umzuwandeln. Wenn sich die Kristallmatrix bildet, wird der Produktschlamm
fest und hält
die gewünschte
Form bei. Überschüssiges Wasser
muß dann
durch Trocknen vom Produkt entfernt werden.
-
In
dem Verfahren zur Herstellung von Gipsprodukten sind die Aushärtungs-
und Trocknungsschritte die zeit- und energieintensivsten Schritte.
Die Aushärtungszeit
des Schlammes hängt
von einer Reihe von Faktoren einschließlich dem Alter des gebrannten
Gipses, Verunreinigungen im gebrannten Gips, der Oberfläche desselben,
dem pH-Wert, der Partikelgröße und der
Temperatur zum Zeitpunkt des Vermischens ab. Der Einsatz von Additiven
oder von Verfahrensbedingungen, die die Trocknungszeit der Gipsprodukte
verringern, führt zu
geringeren Kosten. Die geringeren Energiekosten sind das Ergebnis
von geringeren Temperaturen oder kürzeren Trocknungszeiten, die
im Trocknungsstadium Anwendung finden. Ein anderer zusätzlicher
Vorteil besteht in der Fähigkeit,
die Geschwindigkeit der Produktionsstraße zu erhöhen und somit mehr Produkte
unter Verwendung der gleichen Ressourcen zu erhalten. Eine Verringerung
der zum Aushärten des
Produktes benötigten
Zeit führt
zu einer entsprechenden Verringerung der Herstellkosten.
-
Viele
Additive sind bekannt, die die Hydratbildungsreaktion beschleunigen.
In den späten
1950er Jahren untersuchte das Bureau of Mines die Auswirkung von
gelösten
Substanzen auf die Aushärtungszeit
von Baugips. Zu dieser Zeit untersuchte das Bureau viele Substanzen,
die entweder im Gips oder im Wasser Verunreinigungen bilden, um
festzustellen, ob sie irgendeinen beschleunigenden oder verzögernden
Effekt auf die Hydratbildung haben. Dabei wurden Sulfate, einschließlich Bisulfate,
und Gips als Beschleuniger gefunden („Hydration-Rate Studies of
Gypsum Plasters: Effects of Small Amounts of Dissolved Substances" J.P.Coughlin, K.
C. Conway, M. F. Koehler und D. F. Barry, Bureau of Mines Report
of Investigations 5477, 1959).
-
Die
US-PS 2 216 555 („King") beschreibt, daß sauer
reagierende lösliche
Sulfate, einschließlich
Bisulfate, als Beschleuniger bekannt sind. Derartige sauer reagierende
Sulfate neigen jedoch auch dazu, mit Verunreinigungen im Rohgips,
insbesondere Carbonaten, zu reagieren. King löste dieses Problem durch Zusetzen
von Kalk und Härtungsverzögerern zum
Gips, um diese Zersetzungsreaktionen mit Carbonaten zu steuern.
Gips, der einen Überschuß an Kalk
enthält,
bildet jedoch eine dünne,
weiche Haut aus nicht ausgehärtetem
Gips auf der Oberfläche
des Gipsproduktes, was zu Oberflächenmängeln führen kann.
-
Gemahlener
Gips ist ebenfalls als Härtungsbeschleuniger
bekannt, insbesondere wenn er mit einem Überzug, wie einer Stärke, wie
in der
US-PS 3 870 538 beschrieben,
oder einem Zucker, wie in der
US-PS
4 681 644 beschrieben, kombiniert ist. Man nimmt an, daß durch
die Zugabe des Dihydrates „Samenkristalle" oder Keimstellen
gebildet werden, die ein schnelleres Wachstum der Dihydratkristalle
im hydrierenden Produktschlamm fördern.
Gips ist sehr aktiv, wenn er frisch gemahlen ist, weist jedoch beim
Altern eine rasch abnehmende Wirksamkeit auf. Es wird daher bevorzugt,
einen Überzug
für den
Gips vorzusehen, der die Deaktivierung des Materiales mit der Zeit
verringert.
-
Die
Geschwindigkeit, mit der Gipsprodukte getrocknet werden können, wird
von zwei Faktoren bestimmt. Der Wasserbedarf bildet die Wassermenge,
die zur Herstellung eines Schlammes einer bestimmten Fluidität erforderlich
ist. Durch den Zusatz von rheologiemodifizierenden Additiven zum
Gipsschlamm kann der Wasserbedarf verändert werden. Additive, die
den Wasserbedarf erhöhen,
verlängern
die Trocknungszeit der Gipsprodukte. Selbst wenn die gleiche Wassermenge
dem Schlamm zugesetzt wird, können
die Additive auch die Geschwindigkeit verändern, mit der überschüssiges Wasser
aus dem gebildeten Produkt ausgetrieben wird. Da das überschüssige Wasser
verdampft, wird durch Kapillarwirkung Wasser aus dem Inneren der
Kristallmatrix zur Oberfläche
des Produktes gezogen. Wenn Wasser daran gehindert wird, sich zur
Oberfläche
zu bewegen, wird der Trocknungsprozeß verlangsamt. Wenn ein Additiv
den Wasserbedarf erhöht
oder die Geschwindigkeit, mit der überschüssiges Wasser aus dem Produkt
verdampft, erniedrigt, kann dies dazu führen, daß die Produktionsstraße verlangsamt
oder die Ofenzeit erhöht
werden muß oder
höhere
Energiekosten infolge von höheren
Ofen temperaturen auftreten. Jede dieser Alternativen führt zu höheren Herstellkosten
für die
Gipsprodukte.
-
Es
ist ein Ziel dieser Erfindung, ein wirtschaftlicheres Verfahren
zur Herstellung von Gipsprodukten durch Reduzierung der Herstellkosten
zu schaffen.
-
Ein
anderes Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung eines verbesserten
Beschleunigers zur Erhöhung der
Geschwindigkeit, mit der gebrannter Gips aushärtet.
-
Noch
ein anderes Ziel der Erfindung betrifft die Reduzierung der Trocknungskosten
von Gipsprodukten durch Reduzierung des Wasserbedarfs des Schlammes.
-
Noch
ein weiteres Ziel der Erfindung bezieht sich auf die Schaffung eines
wirtschaftlichen Verfahren zur Herstellung von ausgehärteten Gipsprodukten,
die überschüssiges Wasser
einfacher freisetzen und schneller trocknen.
-
Die
vorstehend aufgeführten
Ziele werden von der vorliegenden Additivzusammensetzung und dem vorliegenden
Verfahren. zur Herstellung von ausgehärteten Gipsprodukten erreicht
oder übertroffen,
so daß ein
neues System von Additiven zur signifikanten Verringerung der Zeit
und Energie, die zum Abbinden und Trocknen von Gipsprodukten erforderlich
sind, zur Verfügung
gestellt wird.
-
Genauer
gesagt sieht die vorliegende Erfindung Additive zur Beschleunigung
der Aushärtungsreaktion von
gebranntem Gips vor, die einen mit einem Bisulfatsalz kombinierten
Gipsbe schleuniger umfassen. Der Gipsbeschleuniger weist gemahlenes
Calciumsulfatdihydrat auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Gipsbeschleuniger mit einem Überzugsmittel, mit einer Stärke, einem
Zucker und/oder Borsäure,
behandelt. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Additive
in einem Verfahren verwendet, in dem das Bisulfatsalz und ein Teil
des Calciumsulfathalbhydrates vor dem Vermischen in einem Hauptmischer
vorbefeuchtet werden.
-
Es
wurde festgestellt, daß bei
einer Verwendung von Bisulfatsalzen zusammen mit einem Gipsbeschleuniger
ein überraschender
Effekt entsteht. Die Kombination dieser beiden Bestandteile führt zu einer
höheren
Aushärtungsgeschwindigkeit
als in dem Fall, in dem die beiden Additive separat verwendet werden. Desweiteren
ergibt sich, daß bei
einer Verwendung mit dem Gipsbeschleuniger keine signifikanten Festigkeitsverringerungen
des Produktes auftreten, wie dies bei einigen Additiven des Standes
der Technik der Fall ist. Ein schnelleres Aushärten des Produktes führt zu einer
effizienteren Herstellung des Produktes. Wenn das Produkt schneller
abbindet, kann die Geschwindigkeit der Produktionsstraße erhöht werden
und können
mehr Produkte in der gleichen Zeitdauer hergestellt werden. Wenn
Produktionseinrichtungen neu gebaut oder umgebaut werden, kann die
Produktionsstraße
für eine
vorgegebene Produktion kleiner gestaltet werden, wobei der eingesparte
Raum für
andere Zwecke verwendet werden kann.
-
Diese
Kombination von Additiven führt
ferner zu weiteren Vorteilen in bezug auf das Verfahren zum Aushärten von
gebranntem Gips, die bei der einzelnen Verwendung dieser Ad ditive
gemäß dem Stand
der Technik vorher nicht beobachtet wurden. Ein signifikanter zusätzlicher
Vorteil besteht in einer Verringerung der zum Trocknen des Produktes
erforderlichen Energiemenge. Die Additive der vorliegenden Erfindung
verringern die Trocknungszeit auf zweierlei Weise. Als erstes wird
weniger Wasser zur Ausbildung des Schlammes benötigt, da das Fließvermögen des
Schlammes verbessert wird. Dies führt zu weniger Überschußwasser
im Produkt, nachdem die Hydratbildungsreaktion beendet ist. Desweiteren
wird das vorhandene Überschußwasser
einfacher entfernt. Auf diese Weise kann die gleiche Produktmenge
durch Reduzierung der Temperatur des Trocknungsofens erhalten werden,
wodurch sich eine direkte Einsparung von Energiekosten ergibt. Die
Geschwindigkeit der Produktionsstraßen kann erhöht werden,
und es kann mehr Produkt mit der gleichen Menge an verbrauchtem
Brennstoff erzeugt werden. Jedes dieser Verfahren oder eine Kombination
von beiden Verfahren kann Anwendung finden, um die Energiekosten
pro Produkteinheit zu reduzieren.
-
Es
wird ferner davon ausgegangen, daß die Additive der vorliegenden
Erfindung die Krustenbildung reduzieren und den Aufbau von Calciumablagerungen
in der Mischeinrichtung verhindern. Wenn die Einrichtung länger sauber
bleibt, gibt es geringere Stillegezeiten auf der Produktionsstraße zur Säuberung
und Wartung der Einrichtung. Jeder dieser Vorteile der vorliegenden
Erfindung kann zu einer kosteneffektiveren Einrichtung zur Herstellung
von Gipsprodukten führen.
-
Es
folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
-
1 die
Zeit, die zum Erreichen einer 50%igen Abbindung für diverse
Gemische aus Natriumbisulfat und einem Gipsbeschleuniger erforderlich
ist und
-
2 die
Trocknungszeit einer Gipsplatte für verschiedene Gemische aus
Natriumbisulfat und einem Gipsbeschleuniger.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Additiv und ein Verfahren zur
Herstellung von Produkten auf Calciumsulfatbasis, die zu einem schneller
aushärtenden
und trocknenden Produkt führen.
Derartige Produkte werden unter Verwendung von Calciumsulfathalbhydratschlamm,
der ein Bisulfatsalz und einen Gipsbeschleuniger enthält, hergestellt.
-
Das
Bisulfatsalz kann irgendein bekanntes Bisulfatsalz sein. Kaliumbisulfat
und Natriumbisulfat sind die bevorzugten Salze. Natriumbisulfat
ist das am meisten bevorzugte Salz, da es auf der Basis von vernünftigen
Kosten rasch in handelsüblichen
Mengen zur Verfügung
steht. Andere Bisulfate, wie Kaliumbisulfat, Ammoniumbisulfat oder
Metallbisulfate, können
jedoch ebenfalls erfindungsgemäß eingesetzt
werden. Das Salz sollte in Mengen zugesetzt werden, die von etwa
45g (0,1 Pfund) bis etwa 4,5 kg (10 Pfund) pro 900 kg (ton) des
trockenen Calciumsulfathalbhydrates reichen. Vorzugsweise sollte
das Salz in Mengen von etwa 450 g (1 Pfund) bis etwa 900 g (2 Pfund)
pro 907 kg (ton) des Stuckgipses vorliegen.
-
Ein
Vorteil der Verwendung von Bisulfaten gegenüber einigen anderen Beschleunigungsmitteln
besteht darin, daß die
Beschleunigung der Aushärtung
des Gipses primär
während
der abschließenden
Aushärtung
oder des Hydratationsendes des Produktes erfolgt. Dies hat den Vorteil,
daß das
Produkt in einfacher Weise in die gewünschte Form gebracht werden
kann. Wenn beispielsweise das gewünschte Produkt eine Gipsplatte
ist, beginnt die Aushärtung,
wenn der Schlamm sich zu schnell verdickt, vor der richtigen Formung der
Platte. Dies kann zu einer Platte mit ungleicher Dicke, Oberflächenrippen
oder unregelmäßig geformten Kanten
führen.
Wenn, wie im vorliegenden Fall, der Beschleuniger primär in Richtung
auf das Ende des Aushärtungsprozesses
wirkt, steht ausreichend Zeit zur Verfügung, um das Endprodukt korrekt
zu formen und trotzdem den vollen Vorteil eines beschleunigten Aushärtungsprozesses
zu nutzen.
-
Die
zweite Komponente dieses Additives ist ein Gipsbeschleuniger. In
seiner einfachsten Form besteht der Beschleuniger aus gemahlenem
Calciumsulfatdihydrat. Abgebautes und gemahlenes natürliches
Dihydrat, das als „Landplaster" bekannt ist, wird
generell verwendet. Es können
jedoch auch andere Materialquellen genutzt werden, wie beispielsweise
synthetischer Gips aus Rauchgasentschwefelungsverfahren. Der Gipsbeschleuniger
ist in Mengen von etwa 1,35 kg (3 Pfund) bis etwa 22,5 kg (50 Pfund)
pro 907 kg (ton) des getrockneten Calciumsulfathalbhydrates vorhanden.
-
Wenn
der Gipsbeschleuniger nicht unmittelbar nach dem Mahlen verwendet
werden soll, wird bevorzugt, das Dihydrat mit einem Überzugsmittel
zu behandeln, um zu verhindern, daß dieses mit der Zeit inaktiv wird.
Jedes beliebige Überzugsmittel,
das im Stand der Technik bekannt ist und bestimmte Eigenschaften
besitzt, kann verwendet werden. Das Überzugsmittel darf nicht die
Aushärtungszeit
des Calciumsulfathalbhydrates, dem es zugesetzt wird, verzögern.
-
Die
physikalischen Eigenschaften des Produktes sollten ebenfalls vom Überzugsmittel
nicht geschädigt
werden. Wenn das Calciumsulfathalbhydrat mit seinen Additiven mit
Wasser dem Mischer zugesetzt wird, um einen Schlamm zu bilden, muß sich das Überzugsmittel
auflösen,
um die aktiven Stellen der stark zerbrochenen Dihydratkristalle
freizugeben. Überzugsmittel,
die besonders geeignet sind, umfassen Stärke, Zucker und Borsäure oder
jede beliebige Kombination dieser Verbindungen. Die Menge des vorhandenen Überzugsmittels
kann von etwa 5% bis etwa 25% auf Basis des Gewichtes des zugeführten Calciumsulfatdihydratstromes
reichen.
-
Wenn
ein Überzugsmittel
verwendet wird, können
die Dihydratkristalle und das Überzugsmittel
zusammen gemahlen werden, um eine Größenreduzierung zu erreichen
und eine innige Assoziierung zwischen dem Überzugsmittel und dem Dihydrat
zu fördern.
Das Mahlen der Materialien kann unter Verwendung irgendeiner beliebigen
bekannten Mahlvorrichtung durchgeführt werden. Eine bevorzugte
Mahlvorrichtung ist eine Kugelmühle.
Die Herstellung von gemahlenen Gemischen aus Calciumsulfatdihydrat
und Überzugsmitteln
ist bekannt, insbesondere aus der
US-PS
3 573 947 .
-
Bei
der am meisten bevorzugten Ausführungsform
kann der Überzug über die
Oberfläche
des Dihydrates geschmolzen wer den, um die Aktivität des gemahlenen
Dihydrates über
lange Zeiträume
aufrechtzuerhalten. Zucker, wie Glucose, Sucrose, Dextrose, werden
für diese
Ausführungsform
besonders bevorzugt, obwohl im Gipsbeschleuniger jeder beliebige
Zucker, der in ausreichender Weise bei Temperaturen unter 132°C (270°F) schmilzt,
verwendet werden kann.
-
Das
Gemisch kann dann wahlweise zum Schmelzen und Karamelisieren des
Zuckers erhitzt werden, so daß dieser
die Oberfläche
des gemahlenen Calciumsulfatdihydrates bedeckt. Diese Option wird
bevorzugt, falls der Gipsbeschleuniger für einen späteren Gebrauch gelagert oder
zu einem anderen Ort transportiert werden muß. Die vollständige Überzugsbildung
durch den Zucker und dessen Karamelisierung dient dazu, die Oberfläche der
Gipspartikel abzudichten und diese weniger empfänglich gegenüber den
Alterungseffekten zu machen. Der karamelisierte Überzug löst sich vollständig auf,
wenn das Additiv mit Wasser im Produktschlamm vermischt wird, so
daß die
Oberfläche
des stark zerbrochenen Dihydratkristalles freigelegt wird. Die Dihydratpartikel
dienen als „Samenkristalle", die das Kristallwachstum
fördern,
wenn das Halbhydrat hydratisiert wird, um eine Verbindungsmatrix
aus Dihydratkristallen zu bilden. Eine ausgezeichnete Beschleunigungsaktivität wird erhalten,
wenn das überzogene
Dihydrat auf 122°C
(250°F)
erhitzt wird, wobei jedoch die Temperatur so niedrig wie 79°C (175°F) sein kann. Üblicherweise
sollten Temperaturen über
etwa 132°C
(270°F) vermieden
werden, da sie es schwierig machen, den Feuchtigkeitsgehalt des
Beschleunigers zu steuern.
-
Calciumsulfathalbhydrat
wird dem Prozeß über irgendein
bekanntes Verfahren zugesetzt. Es ist bekannt, daß viele
Additive die Eigenschaften der Hydratbildungsreaktion oder der Endprodukte
verändern
oder verbessern. Trockne oder pulverförmige Additive werden generell
in den trockenen Halbhydratstrom rieseln gelassen, wenn sich dieser
zum Hauptmischer bewegt. Beliebige Verfahren zur Herstellung eines
konstanten Volumenstromes des trockenen Additives können eingesetzt
werden, wie beispielsweise Schneckenförderer, Trichter oder Fördereinrichtungen.
Flüssige
Additive können
dem Mischer zugesetzt oder mit dem Wasser, das dem Hauptmischer
zugesetzt wird, vorgemischt werden.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
kann die Menge des Calciumsulfathalbhydrates durch Vermischen mit
Wasser vorbehandelt werden. Diese Technik ist in der
US-PS 4 201 595 beschrieben. Das gesamte Calciumsulfathalbhydrat
oder ein Teil hiervon kann vom Hauptbeschickungsstrom als Seitenstrom
abgeleitet werden. Es wird bevorzugt, das Bisulfat dem Halbhydrat
im Seitenstrom vor der Vorbehandlung mit Wasser zuzusetzen. Es wird
angenommen, daß die
Vorbefeuchtung des Bisulfatsalzes dieses aktiviert, indem mindestens
ein Teil desselben im Seitenstrom vordispergiert wird. Diese Technik
führt zu
einer besseren Dispersion und Aktivität des Salzes. Die Vorteile
der Additivkombination, wie ein beschleunigtes Aushärten, schnellere Trocknungszeiten
und ein geringerer Wasserbedarf, werden noch weiter verbessert,
wenn das Bisulfatsalz mit Wasser vorbehandelt wird.
-
Verfahren
zum Zusetzen des Wassers zum Calciumsulfathalbhydrat und Bisulfatsalz
sind dem Fachmann bekannt. Trockne Bestandteile auf einem Förderer können in
einfacher Weise mit Wasser durchsprüht werden. Ein bevorzugteres
Verfahren macht von einer Einrichtung Gebrauch, die eine Substanz
hoher Viskosität,
wie beispielsweise eine Masse aus feuchten granularen Materialien,
vermischt. Viele handelsübliche Mischer
sind geeignet. Am bevorzugtesten wird ein ScottMischer (Scott Equipment
Company, Jordan, MN, USA) verwendet. Das Wasser und das Calciumsulfathalbhydrat
können
dem Mischer gleichzeitig zugesetzt werden. Das auf diese Weise erfolgende
Vermischen bringt die Partikel der verschiedenen Trockenbestandteile
in enge Nachbarschaft zueinander und verteilt darüber hinaus
das Wasser unter den trockenen Bestandteilen. Nach dem Mischen wird
der Inhalt des Mischers in den Hauptcalciumsulfathalbhydratbeschickungsstrom
abgegeben, bevor dieser in einen Hauptmischer gelangt. Der vorbefeuchtete
Seitenstrom kann auch direkt dem Hauptmischer zugeführt werden.
-
Die
Menge des bei der Vorbehandlung verwendeten Wassers reicht von etwa
1 Gew% bis etwa 10 Gew% des Calciumsulfathalbhydrates im Seitenstrom.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird Wasser in einer Menge von etwa 30 bis etwa 5% dem Calciumsulfathalbhydratgemisch
zugesetzt. Durch die Wasserzugabe können die Calciumsulfathalbhydratkristalle
ausheilen. „Ausheilen" bedeutet, daß die Bruchstellen
auf den Partikeln durch die Oberflächenhydratation wieder verschmelzen
können.
Eine nachfolgende Desintegration des Partikels während des Vermischens des Schlammes
wird reduziert. Bevorzugte Ausheilzeiten reichen von etwa 1 bis
etwa 6 min. Die Ausheilzeiten werden von dem Zeitpunkt an, an dem
der Stuckgips sowie sämtliche
Additive befeuchtet wer den, bis zu dem Zeitpunkt, an dem sie dem
Hauptmischer zugeführt
werden, gemessen. Generell sollte der Gipsbeschleuniger dem trocknen
Halbhydratstrom unmittelbar vor dessen Einführung in den Hauptmischer zugesetzt
werden. Wenn das gesamte Calciumsulfathalbhydrat vorbefeuchtet worden
ist, wird der Gipsbeschleuniger zugesetzt, wenn sich der vorbefeuchtete
Stuckgips vom Mischer zum Mischer bewegt. Vorzugsweise werden der
befeuchtete Stuckgips und das verbleibende trockene Halbhydrat beide
gleichzeitig dem Hauptmischer zugeführt.
-
Das
gesamte Beschickungsgemisch einschließlich dem Stuckgips, dem vorbefeuchteten
Seitenstrom und aller Additive wird in einer zusätzlichen Wassermenge im Hauptmischer
gelöst.
Ausreichend Wasser muß zugesetzt
werden, um das Calciumsulfathalbhydrat in das Dihydrat zu überführen und
den Schlamm für
den beabsichtigten Verwendungszweck in angemessener Weise flüssig zu
machen. Durch Verwendung der Additive und des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann der Wasserbedarf für
die Herstellung von Gipsplatten auf etwa 50 bis etwa 85 Gewichtsteile
Wasser pro 100 Gewichtsteile gebrannten Gipses im Vergleich zu einem normalen
Wasserbedarf von etwa 85 bis etwa 100 Gewichtsteilen Wasser pro
100 Gewichtsteile gebrannten Gipses reduziert werden. Der Schlamm
wird dann in das gewünschte
Produkt, wie eine Gipsplatte, Formen u.ä., geformt, und man läßt das Produkt
aushärten.
Während
des Aushärtungs-
bzw. Abbindungsprozesses absorbiert das Calciumhalbhydrat Wasser
infolge der Hydratationsreaktion, wird in eine Verbindungsmatrix von
Dihydratkristallen umgewandelt und wird hart.
-
Ein
Endschritt bei der Produktherstellung besteht darin, das überschüssige Wasser
auszutreiben. Irgendein geeignetes Verfahren kann Anwendung finden,
um das überschüssige Wasser
zu reduzieren und das Produkt zu trocknen. Das Überschußwasser kann man bei Umgebungstemperatur
und Druck verdampfen lassen. Der gesamte Trocknungsprozeß oder ein
Teil hiervon kann unter Anwendung von erhöhten Temperaturen zum Verbessern
der Verdampfung, wie beispielsweise einer Ofentrocknung, beschleunigt
werden. Beispielsweise kann eine Gipsplatte ofengetrocknet werden,
bis etwa 90% der überschüssigen Feuchtigkeit
ausgetrieben worden sind. Das restliche Wasser verdampft bei Umgebungsbedingungen.
-
In
Verbindung mit dieser Additivzusammensetzung oder diesem Verfahren
können
herkömmliche
Additive eingesetzt werden. Beispielsweise können übliche chemische Dispergier-
oder Fluidisiermittel für
gebrannten Gips, wie Lignin, Lignosulfate, Lignosulfonate und Kondensationspolymerisationsprodukte
hiervon, in geringeren Mengen eingeschlossen sein, um die Verwendung
von weniger Mischwasser zu ermöglichen, ohne
die von der vorliegenden Erfindung erreichten Wasserreduziereffekte
nachteilig zu beeinflussen. Auf diese Weise kann es möglich sein,
einen noch geringeren Gesamtwassermischbedarf zu erzielen, wie beispielsweise
in der Größenordnung
von etwa 50 Gewichtsteilen Wasser pro 100 Gewichtsteile des formulierten
gebrannten Gipses.
-
Beispiel 1–5
-
Für jeden
Test wurden 200 g Calciumsulfathalbhydrat (USG, Southard plant)
abgemessen und beiseite gestellt. Geeignete Mengen von Natriumbisulfat
und einem Gipsbeschleuniger, wie in Tabelle I angegeben, wurden
ebenfalls abgemessen. Der Gipsbeschleuniger wurde aus 95% Landplaster
und 5% Zucker, die zusammen gemahlen wurden, hergestellt. Der im
Beschleuniger verwendete Landplaster (Gips) (USG, Southard plant)
enthielt 96% Dihydrat und 4% Verunreinigungen. Nach dem , Mahlen
wurde der beschichtete Landplaster auf etwa 122°C (250°F) erhitzt, um den Zucker über die
Oberfläche
des Landplaster zu schmelzen. Die Calciumsulfathalbhydrat-, Natriumbisulfat-
und Gipsbeschleuniger-Pulver wurden miteinander vermischt, bis alle Materialien
gründlich
dispergiert waren. 280 ml Wasser bei 21°C (70°F) wurden abgemessen und in
einen Waring-Mischer mit hohen Scherblättern gegossen. Das pulverisierte
Gemisch ließ man
7 sec lang einweichen, wonach es mit einer hohen Geschwindigkeit
7 sec lang vermischt wurde, um einen Schlamm zu bilden.
-
Der
Schlamm wurde in einen Becher gegossen, der dann in einen isolierten
Styroschaumbehälter
eingebracht wurde, um die Wärmeübertragung
zur Umgebung zu minimieren. Eine Temperatursonde wurde in die Mitte
des Schlammes eingebracht, und die Temperatur wurde alle 5 sec aufgezeichnet.
Da die Aushärtungsreaktion
exoterm verläuft,
kann das Ausmaß der
Reaktion durch den Temperaturanstieg gemessen werden. Die Zeit bis
zu 50% Hydratation wurde als die Zeit festgelegt, bei der die Temperatur
in der Hälfte
zwischen der während
des Testes aufgezeichneten Minimaltemperatur und Maximaltemperatur
erreicht wird. Die Zeit bis zu 50% Hydratation wurde für einige
Niveaus an CSA und Natriumbisulfat wie folgt aufgezeichnet: Tabelle
I
-
Die
günstige
Auswirkung dieser beiden Additive wird aus diesen Beispielen klar.
Wenn die Gesamtmenge der Additive unter 1 g pro 200 g Calciumsulfathalbhydrat
gehalten wurde, ist die Zeit bis zu 50% Hydratation für sämtliche
angegebenen Gemische geringer als für jede Komponente allein. 1 gibt
diese Daten grafisch wieder, wobei der Effekt dieser Additivkombinationen
auf die Aushärtungszeit
dargestellt ist.
-
Beispiel 6
-
Das
Additiv der vorliegenden Erfindung wurde einer Produktionsstraße von 1,3
cm (0,5") SHEETROCK®-Gipswandplatten
zugesetzt. Sämtliche
in diesem Beispiel angegebenen Mengen basieren auf 92,9 m2 (1000 Quadratfuß) der hergestellten 1,3 cm
(1/2") Platten.
-
Ein
Hauptbeschickungsstrom in einer Menge von 511 kg (1135 Pfund) aus
gebranntem Gips (USG, Empire plant) wurde dem Verfahren zugeführt. Ein
Seitenstrom von einem Prozent des Calciumsulfathalbhydrates wurde
vom Hauptbeschickungsstrom abgeleitet. Natriumbisulfat (Jones-Hamilton)
wurde gemahlen, bis es ein 420 μm
(40 mesh) Sieb passierte und dem Seitenstrom mit 0,9 kg (2 Pfund)
pro 92,9 m2 (1000 Quadratfuß) der fertigen
Wandplatte zugesetzt. Das Bisulfatsalz wurde,. mit einem AccuRate-Pulverbeschicker
(AccuRate, Inc., Whitewater, WI, USA) zugesetzt. Der Seitenstrom
mit dem Bisulfat wurde über
einen Schneckenförderer
in einen Scott-Mischer (Scott Equipment Company, Jordan, MN, USA)
eingeführt.
-
Etwa
9,9 kg (22 Pfund) pro Minute oder 4,6% Wasser wurden zugesetzt,
um das Gemisch vorzubefeuchten. Das Wasser wurde durch das Calciumsulfathalbhydrat
und das Bisulfatsalz im Scott-Mischer dispergiert. Vom Ausgang des
Scott-Mischers wurde das vorbefeuchtete Gemisch aus Stuckgips und
Additiv von einem Förderer
zum Plattenmischer geführt.
Das Gemisch hatte die Gelegenheit, vom Ausgang des Scott-Mischers
bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Stuckgips in den Plattenmischer
eindrang, etwa 3 min lang auszuheilen.
-
Der
Gipsbeschleuniger wurde aus Landplaster (USG, Empire plant) hergestellt,
der aus etwa 85% Calciumsulfatdihydrat und 15% Verunreinigungen
bestand. Das Mahlen des Landplaster und Zuckers fand in einer Kugelmühle statt.
Der Gipsbeschleuniger wurde dann dem Plattenmischer mit etwa 7,7
kg (17 Pfund) pro 92,9 m2 (1000 Quadratfuß) des Wandplattenproduktes
zugesetzt. Im Plattenmischer wurden 511 kg (1135 Pfund) Wasser dem
befeuchteten Calciumsulfat- und Bisulfatsalzgemisch vom Scott-Mischer,
dem Gipsbeschleuniger und dem Hauptbeschickungshalbhydratstrom zugesetzt,
um einen Schlamm zu bilden.
-
Eine
Gipsplatte wurde aus dem Gipsschlamm hergestellt. An dem Punkt,
an dem die Platte zurechtgeschnitten wurde, war die Hydratation
der Platte mit dem zugeführten
Natriumbisulfat und Gipsbeschleuniger um 10% höher als bei der gleichen Platte
ohne Natriumbisulfat. Die Wasserzugabe zum Hauptmischer wurde über den
Test konstant gehalten. Es wurde jedoch ein Anstieg des Fließvermögens des
Schlammes beobachtet, als das höhere
Niveau an Bisulfat zugesetzt wurde. Ferner zeigten die physikalischen
Eigenschaften der Platte, daß die
Druckfestigkeit und der Nagelziehwiderstand etwa die gleichen waren
wie bei der gleichen Platte ohne Zugabe des Bisulfatsalzes.
-
Beispiele 7–9
-
Für jeden
Test wurden 200 g Calciumsulfathalbhydrat (USG, Southard plant)
abgemessen und beiseite gestellt. Geeignete Mengen von Natriumbisulfat,
wie in Tabelle II angegeben, wurden abgemessen. 2 g des Gipsbeschleunigers
wurden für
jeden Test abgemessen. Der Gipsbeschleuniger wurde aus 95% Landplaster und
5% Zucker hergestellt, die zusammen gemahlen wurden. Der im Beschleuniger
verwendete Landplaster (USG, Southard plant) enthielt 96% Dihydrat
und 4% Verunreinigungen. Nach dem gemeinsamen Mahlen des Zuckers
und Landplasters wurde der beschichtete Landplaster auf etwa 122°C (250°F) erhitzt,
um den Zucker über
die Oberfläche
des Landplasters zu schmelzen. Der Gips wurde vor seiner Verwendung
auf Raumtemperatur abgekühlt.
Das Calciumsul fathalbhydrat-, Natriumbisulfat- und Gipsbeschleunigerpulver
wurde vermischt, bis sämtliche
Materialien gründlich
dispergiert waren. 280 ml Wasser bei 19,6°C (67°F) wurden abgemessen und in
einen Waring-Mischer mit hohen Scherblättern gegossen. Das pulverisierte
Gemisch ließ man 7
sec lang einweichen, wonach es mit einer hohen Geschwindigkeit über 7 sec
vermischt wurde, um einen Schlamm zu bilden. Drei Würfel wurden
für jede
Zusammensetzung gegossen. Die Würfel
wurden in den angegebenen Intervallen gewogen. Die durchschnittlichen
Gewichte und Ergebnisse sind in Tabelle II aufgeführt. Tabelle
II
-
Die
Gewichtsänderung über die
Zeit beim Verdampfen des überschüssigen Wassers
wurde zum Schätzen
der Trocknungsraten einer jeden Zusammensetzung gemäß 2 verwendet.
Die Erhöhung
der Menge an Bisulfatsalz, wobei die Menge des Gipsbeschleunigers
auf einem konstanten Niveau gehalten wurde, führte zu kürzeren Trocknungszeiten. Da
die jeder dieser Proben zugesetzte Wassermenge konstant war, geben
die schnelleren Trocknungszeiten Verbesserungen der Trocknungsrate
wieder.
-
Während eine
spezielle Ausführungsform
des Hydratationsverbesserungsmerkmals der Erfindung gezeigt und
beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann, daß diesbezüglich Änderungen
und Modifikationen durchgeführt
werden können,
ohne von der Erfindung in ihren weiteren Aspekten, wie sie in den
nachfolgenden Patentansprüchen
wiedergegeben ist, abzuweichen.
