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Diese
Erfindung betrifft hydraulische Zusammensetzungen, typischerweise
Zementzusammensetzungen, die zum Strangpressen zur Herstellung von
gehärteten
Produkten mit verbesserter Dimensionsstabilität und minimierter Rückfederung
geeignet sind.
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HINTERGRUND
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Bei
herkömmlichen
hydraulischen Zusammensetzungen zum Strangpressen bestanden die
Verstärkungsfasern
aus Asbest. In den letzten Jahren hat die Verwendung von Asbest
jedoch aus gesundheitlichen Gründen
und aufgrund von gesetzlichen Maßnahmen drastisch abgenommen.
Heute werden oft Zellstofffasern als Ersatz verwendet. Zellstofffasern
neigen jedoch, wenn sie zu hydraulischen Zusammensetzungen formuliert
werden, zur Bildung von Klumpen, sind schwer dispergierbar und weniger
mit Wasser benetzbar. Stranggepresste Formteile aus diesen hydraulischen
Zusammensetzungen weisen dann deutliche Rückfederung auf, was zu den
Nachteilen einer erhöhten
Wahrscheinlichkeit von Haarrissbildung und Dimensionsinstabilität führt. Diese
Anfälligkeit
wird umso ausgeprägter,
je länger
die Fasern sind. Genauer gesagt ergeben Zellstofffasern mit einer
mittleren Länge über 700 μm stranggepresste
Platten mit deutlicher Rückfederung,
was eine Planierung der Oberfläche
von stranggepressten Platten nach dem Härten erforderlich macht. Nichtsdestotrotz
zeichnet sich derzeit eine Tendenz zur häufigeren Verwendung solcher
langer Zellstofffasern ab, da längere
Fasern bei der Verstärkung
wirksamer sind.
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Verschiedene
Vorschläge
wurden gemacht, um diese Phänomene
zu lösen.
Die JP-A 9-194246
offenbart beispielsweise ein Verfahren zur Verhinderung von Rückfederung
durch Einstellung des Wassergehalts von Zellstofffasern, um sie
besser dispergierbar zu machen. Der Wassergehalt von Zellstofffasern
kann durch Vorgänge
wie Trocknen, Dehydratisierung oder Befeuchtung eingestellt werden.
Die Beeinflussung des Wassergehalts von Zellstofffasern macht jedoch
den problematischen Schritt der Bestimmung der Nettomenge an Wasser
erforderlich, die zugesetzt werden muss, indem der Wassergehalt
im Zellstoff von der erforderlichen Wassermenge abgezogen wird.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer
hydraulischen Zusammensetzung, die zum Strangpressen zur Herstellung
von gehärteten
Produkten mit verbesserter Dimensionsstabilität und minimierter Rückfederung
geeignet sind. Ein weiteres Ziel besteht in der Bereitstellung eines
solchen gehärteten
Produkts.
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In
einer Studie zur Verringerung der Rückfederung eines stranggepressten
Formteils aus einer hydraulischen Zusammensetzung, die organische
Verstärkungsfasern,
wie z.B. Zellstofffasern, umfasst, aber frei von Asbest ist, haben
die Erfinder herausgefunden, dass der Zusatz eines Verdickungsvorgangshilfsmittels und
eines eine Polyetherkomponente enthaltenden Entschäumers zur
hydraulischen Zusammensetzung die Zusammensetzung von Rückfederung
abhält
und ihre Dimensionsstabilität
verbessert, selbst wenn organische Verstärkungsfasern größerer Länge verwendet
werden.
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Demgemäß stellt
die vorliegende Erfindung eine hydraulische Zusammensetzung nach
Anspruch 1 bereit, die zum Strangpressen geeignet ist und eine hydraulische
Substanz, organische Verstärkungsfasern, ein
in Anspruch 1 definiertes Verdickungsvorgangshilfsmittel und einen
Entschäumer,
der eine Polyetherkomponente enthält, umfasst. Ein durch Härten der
hydraulischen Zusammensetzung erhaltenes Produkt stellt einen weiteren
Aspekt dar, ebenso wie die Herstellung des Produkts, typischerweise
durch Strangpressen.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine
typische hydraulische Substanz in der hydraulischen Zusammensetzung
zum Strangpressen gemäß der Erfindung
ist Zement. Zemente, die in den hydraulischen Zusammensetzungen
verwendet werden können,
umfassen herkömmlichen
Portlandzement, frühhochfester
Portlandzement, Hochofenschlackenzement, Flugaschezement und Tonerdezement.
Hydraulische Substanzen auf Gipsbasis können ebenfalls verwendet werden,
einschließlich
der Dihydrat-, Hemihydrat- und wasserfreien Formen von Gips. Die
Menge an Gips oder hydraulischen Substanzen auf Gipsbasis kann je
nach Bedarf bestimmt werden, um die erforderliche Festigkeit zu
erreichen.
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Vorzugsweise
werden Zellstofffasern als organische Verstärkungsfasern verwendet. Die
Zellstofffasern sind meistens aus Hartholzzellstoff, obwohl auch
Fasern aus Weichholzzellstoff, Linterzellstoff, recycliertem Papier
oder dergleichen verwendet werden können. Obwohl auch relativ kurze
Zellstofffasern, wie sie nach dem Stand der Technik häufig eingesetzt
werden, verwendet werden können,
ist der relative Vorteil größer, wenn
Zellstofffasern mit einer mittleren Länge von zumindest 700 μm verwendet
werden, die sonst eine deutliche Rückfederung verursachen würden. Außerdem können Polypropylenfasern,
Vinylonfasern, Acrylfasern und andere Polymerfasern alleine oder
in beliebigen Gemischen oder in Kombination mit den Zellstofffasern
zugesetzt werden.
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Eine
geeignete Menge der organischen Verstärkungsfasern beträgt üblicherweise
0,1 bis 50 Gewichtsteile, insbesondere 0,15 bis 40 Gewichtsteile,
pro 100 Gewichtsteile der hydraulischen Substanz.
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Ein
Verdickungsvorgangshilfsmittel wird zur hydraulischen Zusammensetzung
zugesetzt, weil Zement, Aggregate und Verstärkungsfasern umfassende Zusammensetzungen
so geringe Plastizität
und so geringes Wasserrückhaltevermögen aufweisen,
dass die Zusammensetzung unformbar ist, bis das Verdickungsvorgangshilfsmittel
zugesetzt wird. Zu diesem Zweck eingesetzte Verdickungsvorgangshilfsmittel
sind wasserlösliche
Celluloseether. Veranschaulichende wasserlösliche Celluloseether sind
Hydroxyalkylalkylcellulosen, wie z.B. Hydroxypropylmethylcellulose,
Hydroxyethylmethylcellulose und Hydroxyethylethylcellulose. Auch
Alkylcellulosen und Hydroxyalkylcellulosen, wie z.B. Methylcellulose
und Hydroxyethylcellulose, sind geeignet. Diese sind alle wasserlöslich. In
bestimmten Anwendungen können
Verdicker, beispielsweise halbsynthetische wasserlösliche Polymere,
wie z.B. modifizierte Stärke,
synthetische wasserlösliche
Polymere, wie z.B. Polyvinylalkohol, Polyacrylamid, Polyethylenglykol
und Polyethylenoxid, sowie Fermentationspolysaccharide, wie z.B.
Wellangummi, in Kombination mit Celluloseetherverdickern eingesetzt
werden.
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Das
Verdickungsvorgangshilfsmittel weist als wässrige 1-Gew.-%-Lösung eine
Viskosität
von etwa 100 bis 50.000 mPa·s
bei 20°C
auf. Ein Verdickungsvorgangshilfsmittel mit einer Viskosität von zumindest 5.000
mPa·s
wird oft eingesetzt, weil es wirtschaftlich ist
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Eine übliche Menge
des zugesetzten Verdickungsvorgangshilfsmittels ist 0,3 bis 2,0
Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 1,5 Gew.-%, der gesamten Zusammensetzung
ohne Wasser. Beim Zusatz von zu wenig Hilfsmittel kann es vorkommen,
dass die erforderliche Wasserretention und Plastizität nicht
bereitgestellt werden, wodurch die Durchführung des Strangpressens schwierig
wird. Umgekehrt kann zu viel Hilfsmittel die Viskosität der Zusammensetzung
erhöhen,
die dann nur schwer stranggepresst werden kann und stärker an
der Form haftet, was in einem Formteil mit Graten resultiert.
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Meistens
ist in der hydraulischen Zusammensetzung auch ein Aggregat enthalten.
Typische Aggregate sind pulverisiertes Silica und Flugasche. Zum
Zweck der Gewichtsverringerung werden manchmal Perlit, organische
und anorganische Mikrohohlkugeln und Sytrolkugeln verwendet. In
jedem Fall wird ein geeignetes Aggregat so mit der hydraulischen
Substanz kombiniert, dass die resultierende Zusammensetzung die
gewünschten
Eigenschaften aufweisen kann. Die hydraulische Substanz und das
Aggregat können
in einem Gewichtsverhältnis
von 10:90 bis 100:0 eingesetzt werden.
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In
manchen Fällen
sind auch Härtungsbeschleuniger,
Härtungsverzögerer und
Tenside, wie z.B. Wasserreduktionsmittel und Dispersionsmittel,
enthalten. Da diese Stoffe zur Beeinflussung der physikalischen
Eigenschaften von frischen Zusammensetzungen direkt nach dem Zusatz
von Wasser und dem Vermischen dienen, können beliebige davon für bestimmte
Zwecke ausgewählt
und in herkömmlichen
Mengen zugesetzt werden.
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In
der hydraulischen Zusammensetzung ist auch ein Entschäumer enthalten,
-der einen Polyether umfasst oder eine Polyetherkomponente enthält. Der
Entschäumer
kann entweder in flüssiger
Form oder Pulverform vorliegen. Solche Entschäumer sind im Handel unter den
Markennamen der Disfoam-Reihe von NOF Corp., der Leocon-Reihe von
Lion Corp., der Emasol-Reihe von Kao Corp., der Defoamer-Reihe und
der Dappo-Reihe von San Nopco Ltd., der Agitan-Reihe von MUNZING
CHEMIE GmbH, der Pluronic-Reihe, Tetronic-Reihe, Adekanol-Reihe
und Adekanate-Reihe von Asahi Denga Kogyo K.K. erhältlich.
Auch andere Stoffe, die eine Polyetherkomponente enthalten und Entschäumungsfähigkeit
aufweisen, sind im Handel erhältlich. Vorzugsweise
sind zumindest 0,001 %, noch bevorzugter zumindest 0,005 %, des
Entschäumers
enthalten. Vorzugsweise beträgt
die Menge bis zu 2 %, noch bevorzugter bis zu 1,0 %. Diese Mengen
beziehen sich auf das Gewicht der gesamten Zusammensetzung ohne
Wasser. Ungeeignete Mengen des Entschäumers führen nicht zu den gewünschten
Effekten und verhindern keine Rückfederung,
während überschüssige Mengen
des Entschäumers
zu einem trockenen und steifen Gemisch führen können, das nur schwer stranggepresst
werden kann.
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Zur
hydraulischen Zusammensetzung wird Wasser zugesetzt. Die zugesetzte
Menge Wasser wird je nach Art der hydraulischen Zusammensetzung
bestimmt und kann eine herkömmliche
Menge sein. Typischerweise wird Wasser in einer Menge von etwa 15
bis 150 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der hydraulischen Substanz
und des Aggregats zusammen zugesetzt.
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BEISPIELE
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Nachstehend
werden zur Veranschaulichung, nicht jedoch als Einschränkung, Beispiele
für die
Erfindung angeführt.
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Beispiele
und Vergleichsbeispiel
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Unter
Verwendung der folgenden Bestandteile wurden gemäß den in den Tabellen 1 bis
3 angeführten Formulierungen
auf Zement basierende Zusammensetzungen zum Strangpressen hergestellt.
- (1) Zement: herkömmlicher Portlandzement
- (2) Pulverisiertes Silica: Silicapulver-Siebfraktion
- (3) Perlit: mittlere Teilchengröße 0,5 mm
- (4) Zellstoff: unbehandelter Zellstoff, mittlere Faserlänge 2200 μm
- (5) Wasserlöslicher
Celluloseether:
METOLOSE SHV-P (Hydroxylpropylmethylcellulose)
Viskosität 13.800
mPa·s
bei 20°C,
wässrige
1-Gew.-%-Lösung
(Brookfield-Viskosimeter,
12 U/min)
- (6) Entschäumer
vom Polyethertyp:
Pluronic L-61 (flüssig, Asahi Denki Kogyo K.K.)
Disfoam
CA-220 (flüssig,
NOF Corp.)
SN Defoamer 14-HP (Pulver, San Nopco Ltd.)
AGITAN
P803 (Pulver, MUNZING CHEMIE GmbH)
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Alle
Bestandteile außer
Wasser wurden 3 min lang in einem Henschel-Mischer vermischt. Eine
vorbestimmte Menge Wasser wurde zum Gemisch zugesetzt, wonach weitere
2 min gemischt wurde. Es gilt anzumerken, dass von den Entschäumern die
flüssigen
zu Wasser zugesetzt wurden. Danach wurde das Gemisch in einem/r
10 I fassenden Kneter/Strangpresse 5 min lang gemischt und dann
im Vakuum stranggepresst. Die Form war 20 mm × 40 mm groß. Der Strangpressling wurde
auf eine Länge
von 16 cm zugeschnitten, wodurch zehn Proben für die Messung der prozentuellen
Rückfederung
und Biegefestigkeit erhalten wurden. Die Proben wurden vor den Messungen
in einem Autoklaven gehärtet
und getrocknet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 3 zusammengefasst.
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Zum
Härten
wurden die Proben in einem Vinylbeutel versiegelt und 15 h lang
bei 65°C
und dann 8 h lang in einem Autoklaven bei 170°C gehärtet. Danach wurden sie 2 h
lang bei 130°C
in einem Heißlufttrockner getrocknet,
um den Wassergehalt auf unter 10 % zu bringen.
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Die
prozentuelle Rückfederung
wurde als [(Dicke der gehärteten
Probe) – (Formdicke)]
/ (Formdicke) × 100
% berechnet, worin die Formdicke 20 mm betrug.
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Die
Biegefestigkeit wurde gemessen, indem die Probe auf in einem Abstand
von 75 mm angebrachte Träger
aufgelegt wurde, sodass die 20 mm lange Seite die Dickerichtung
darstellte, und in der Mitte der Probe eine Last angelegt wurde.
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Es
wurde eine hydraulische Zusammensetzung zum Strangpressen beschrieben,
der ein Entschäumer
zugesetzt wurde, der eine Polyetherkomponenten enthielt, um die
geformte Zusammensetzung vonRückfederung
abzuhalten und der Zusammensetzung bessere Festigkeitseigenschaften
zu verleihen.
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Obwohl
hier einige bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurden, können
im Lichte der allgemeinen Lehren hierin viele Modifikationen und
Variationen vorgenommen werden. Das bedeutet, dass die Erfindung
folglich auch anders in die Praxis umgesetzt werden kann als dies
in den Beispielen spezifiziert wurde.
