DE69507174T2 - Wasserbeständige Gipszusammensetzung und Emulsion zu ihrer Herstellung - Google Patents

Wasserbeständige Gipszusammensetzung und Emulsion zu ihrer Herstellung

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG i) Anwendungsgebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine wässrige Emulsion, die bei der Herstellung wasserbeständiger Gipsprodukte brauchbar ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine durch Hydration zu einem wasserfesten Gipsprodukt härtbare Zusammensetzung und auf eine wasserbeständige Tafel oder Platte aus Gips. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Gipstafel oder -platte.
    • ii) Darlegung des Standes der Technik
  • Gips wird in einem tafel- oder plattenförmigen Gipsprodukt verwendet, das als Wandbauplatte bekannt ist und als strukturelles Plattenmaterial im Bau in großem Umfang verwendet wird.
  • Gipsprodukte werden hergestellt durch Mischen von wasserfreiem Calciumsulfat oder Calciumsulfat-Halbhydrat mit Wasser und Hydration oder Abbinden der Mischung zu Calciumsulfatdihydrat, einem verhältnismäßig harten Material.
  • Gips-Wandbauplatten haben einen tafelförmigen Kern aus gehärtetem Gips, der zwischen zwei Papier-Deckschichten, die die äußeren Oberflächen der Wandbauplatte bilden, sandwichartig eingeschlossen ist. Auch Deckschichten aus Fiberglas sind schon verwendet worden.
  • Bei vielen Anwendungsfällen sind Wandbauplatten dem Einfluß von Wasser ausgesetzt. Ein Problem besteht dabei darin, daß der ausgehärtete Gips Wasser absorbiert und diese Wasserabsorption zu einer Verminderung der Festigkeit der Wandbauplatte führt. Es gibt zahlreiche Vorschläge, Wandbauplatten aus Gips wasserbeständig oder wasserabweisend zu machen. Einige dieser früheren Vorschläge und die damit verbundenen Probleme sind in dem US-Patent 3,935,021 beschrieben.
  • Das US-Patent 3,935,021 beschreibt eine Gips-Wandbauplatte, bei der Polyvinylalkohol und eine Wachs-Asphalt- Emulsion in den Kern aus Gips eingebracht sind. Wachs- Asphalt-Emulsionen werden in Gips-Wandbauplatten in großem Umfang eingesetzt, mit ihrer Verwendung sind jedoch bestimmte Nachteile verbunden.
  • In der Praxis wird die Wachs-Asphalt-Emulsion nicht an dem Ort ihrer Verwendung bei der Herstellung, von Wandbauplatten zubereitet; sondern sie wird von einem anderen Hersteller an einem anderen Ort produziert und zu dem Wandbauplatten-Hersteller transportiert.
  • Wachs-Asphalt-Emulsionen haben eine Tendenz, sich bei der Lagerung zu separieren, wobei eine Kruste gebildet wird, die in dem Lagertank auf der Oberfläche der Emulsion schwimmt. Nach einiger Zeit kann diese Kruste nicht ohne weiteres durch einen Mischvorgang reemulsifiziert werden. Man kann sie dann nur in kleinere Bröckchen oder Teilchen zerteilen. Dadurch können durch Ausbluten von nichtemulsifiziertem Asphalt aus dem Gipskern schwarze Flecken auf den Papier-Deckschichten entstehen. Außerdem muß schließ lich der separierte Wachs-Asphalt entsorgt werden, wodurch Umweltprobleme entstehen. Die Wachs-Asphalt-Emulsion hat wegen des Asphaltanteils eine schwarze Farbe. Weiterhin ist Asphalt, da es ein Rest- oder Nebenprodukt bei der Raffinierung von Öl ist, ein verhältnismäßig unreines und Veränderungen unterworfenes Material. Infolgedessen ist die Effektivität von Wachs-Asphalt-Emulsionen hinsichtlich der Wasserbeständigkeit von Gips-Wandbauplatten nicht gleichbleibend. Hieraus ergeben sich Probleme für den Gipsplattenhersteller bei der Bestimmung der für die jeweilige Herstellungscharge benötigten Menge an Wachs-Asphalt.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine wässrige Emulsion für die Herstellung von wasserbeständigen Gipsprodukten zur Verfügung zu stellen, die kein Asphalt enthält und die Probleme, die mit den vorbekannten Wachs-Asphalt- Emulsionen verbunden sind, vermeidet.
  • Weiterhin ist die Erfindung darauf ausgerichtet, eine Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die durch Hydration unter Bildung eines wasserbeständigen Gipsproduktes abbindet.
  • Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, ein wasserbeständiges Tafel- oder Plattenmaterial aus Gips zur Verfügung zu stellen.
  • Schließlich ist die Erfindung darauf gerichtet, ein Verfahren zur Herstellung von wasserbeständigen Gipstafeln oder -platten zur Verfügung zu stellen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung eine wässrige Emulsion zur Verfügung, welche Wasser und folgende Bestandteile enthält: i) einen Paraffinkohlenwasserstoff mit einem Schmelzpunkt zwischen 40 und 80ºC, ii) Montanwachs in einer Menge von 1 bis 200 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes i), und iii) Polyvinylalkohol in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes i).
  • Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine durch Hydration zu einem wasserfesten Gipsprodukt härtbare Gipszusammensetzung zur Verfügung, die eine Mischung folgender Bestandteile enthält: a) 100 Gewichtsteile Gips und b) 0,5 bis 20 Gewichtsteile an Emulsionsfeststoffen, bezogen auf die Gipsmenge von einer Emulsion enthaltend Wasser und: i) einen Paraffinkohlenwasserstoff mit einem Schmelzpunkt zwischen 40 und 80ºC, ii) Montanwachs in einer Menge von 1 bis 200 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinköhlenwasserstoffes i), und iii) Polyvinylalkohol in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes i).
  • Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine wasserbeständige Gipsplatte mit einem zwischen Deckschichten sandwichartig eingeschlossenen Kern zur Verfügung, bei der der Kern eine gehärtete Gipszusammensetzung gemäß der Erfindung enthält.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer wasserbeständigen Gipsplatte zur Verfügung gestellt, bei welchem auf einer ersten Abdeckschicht eine Schicht der erfindungsgemäßen Gipszusammensetzung ausgebildet wird, auf dieser Schicht eine zweite Abdeckschicht in gegenüberliegender Position bezüglich der ersten Abdeckschicht aufgebracht wird, um einen Aufbau herzustellen, bei dem die Schicht zwischen den Abdeckschichten sandwichartig eingeschlossen ist, und bei dem die Anordnung unter Hydration des Gipses zur Bildung der Platte getrocknet wird.
    • BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN i) Wässrige Emulsion
  • Die erfindungsgemäße wässrige Emulsion enthält einen Paraffinkohlenwasserstoff, Montanwachs, Polyvinylalkohol und Wasser. Sie kann optional üblicherweise bei Emulsionen für verschiedene Zwecke verwendete Additive wie beispielsweise Emulgatoren zur Unterstützung der Emulsionsbildung und Stabilisatoren zur Verbesserung der Stabilität der Emulsion enthalten.
  • Es wird ein Paraffinwachs mit einem Schmelzpunkt zwischen 40 und 80ºC verwendet. Wenn der Schmelzpunkt über 80ºC liegt, ist es notwendig, bei der Herstellung der Gips- Wandbauplatte eine hohe Trocknungstemperatur zu verwenden, und dies führt zu einer schlechten Wasserbeständigkeit der Wändbauplatte. Wenn der Schmelzpunkt unter 40ºC liegt, ist die Qualität der resultierenden Gipsplatte schlechter.
  • Montanwachs, das in der englischen Sprache auch als "lignite wax" bezeichnet wird, ist ein hartes, natürlich vorkommendes Wachs von dunkler bis bernsteingelber Farbe. Es ist wasserunlöslich, jedoch löslich in Lösungsmitteln wie Tetrachlorkohlenstoff, Benzin und Chloroform.
  • Das Montanwachs wird in einer Menge von 1 bis 200 Gewichtsteilen, vorzugsweise 1 bis 50 Gewichtsteilen, ins besondere 1 bis 25 Gewichtsteilen, pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes eingesetzt.
  • Der Polyvinylalkohol wird normalerweise durch Hydrolyse von Polyvinylacetat hergestellt und ist vorzugsweise ein im wesentlichen vollständig hydrolisiertes Polyvinylacetat. Insbesondere sollte er ein zu mindestens 90% und bevorzugt zu 97 bis 100% hydrolisiertes Polyvinylacetat sein.
  • Bevorzugt ist der Polyvinylalkohol in auf eine erhöhte Temperatur von ungefähr 60ºC bis ungefähr 95ºC erwärmtem Wasser löslich, jedoch in kaltem Wasser unlöslich.
  • Der Polyvinylalkohol wird in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen, bevorzugt 1 bis 20 Gewichtsteilen, pro 100 Teilen des Paraffinwachses eingesetzt.
  • Der Polyvinylalkohol hat adhäsive Eigenschaften und verbessert zugleich die Wasserbeständigkeit.
  • Das Wasser, das die Trägerflüssigkeit der Emulsion bildet, wird normalerweise in einer Menge von 35 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 50 bis 65 Gewichtsprozent, bezogen auf die Emulsion, eingesetzt.
  • Zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Emulsion geeignete Emulgatoren sind beispielsweise nichtionische Surfactanten wie Alkylphenyloxypoly(ethylenoxy)ethanol, Sorbitanfettsäureester und Polyethylensorbitanfettsäureester sowie anionische Surfactanten wie beispielsweise verseifte Fettsäuren. Sie werden typischerweise in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Emulsion, eingesetzt.
  • Geeignete Stabilisatoren zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Emulsion umfassen Alkalimetall- oder Ammoniumhydroxide und werden typischerweise in einer Menge von 0,1 bis 1 Gewichtsprozent der Emulsion eingesetzt.
  • Bei einem Verfahren zur Herstellung der wässrigen Emulsion werden der Paraffinkohlenwasserstoff und das Montanwachs jeweils bis zum geschmolzenen Zustand erhitzt und dann miteinander gemischt. Eine heiße wässrige Lösung des Polyvinylalkohols, die die Emulgatoren und Stabilisatoren enthält, wird gemeinsam mit der heißen Mischung des Paraffin- und des Montanwachses durch eine Kolloidmühle passiert, und die resultierende Emulsion wird abkühlen gelassen. Zur Herstellung der Emulsion können auch andere Gerätschaften und Verfahrensweisen verwendet werden.
  • Im Gegensatz zu den vorbekannten Asphaltemulsionen hat die erfindungsgemäße Emulsion eine beige oder gebrochen weiße Farbe. Es wurde kein Ausbluten von Emulsionskomponenten aus dem Kern einer Gipstafel in die Papier-Deckschicht beobachtet. Selbst wenn jedoch ein solches Ausbluten aufträte, kann es nicht zu einer schwarzen Verfärbung wie bei Asphalt kommen.
  • Weiterhin kann die erfindungsgemäße Emulsion leicht durch Rühren wiederhergestellt werden, falls beim Lagern eine Trennung ihrer emulsifizierten Komponenten auftritt. Dies gilt nicht für die vorbekannten Asphaltemulsionen, welche nicht durch Rühren wiederhergestellt werden können.
  • Schließlich kann der für die erfindungsgemäße Emulsion verwendete Behälter nach der Benutzung auf einfache Weise durch Spülen mit Wasser gereinigt werden. Auch dies trifft für die vorbekannten Asphaltemulsionen nicht zu, bei denen Ablagerungen der Emulsion an den Wänden des Be hälters nicht durch einfaches Spülen mit Wasser entfernt werden können. Das Spülwasser, welches erfindungsgemäße Emulsionen enthält, muß nicht entsorgt werden. Es kann der Gipsmasse für gewöhnliche Gips-Wandbauplatten zugesetzt werden, weil es den getrockneten Gipskern nicht verfärbt.
    • ii) Gipszusammensetzung
  • Bei der Herstellung der Gipszusammensetzung wird ein wässriger Brei des Gipsmaterials hergestellt. Die wässrige Emulsion wird dem Brei zugefügt und mit diesem vermischt, wobei die Mengenrelation so bestimmt ist, daß 0,5 bis 20 Gewichtsteile der festen Emulsionsbestandteile in 100 Teilen des Gips enthalten sind. In dem Brei können weitere Inhaltsstoffe wie beispielsweise Schaumbildner, Dispergatoren und Abbindebeschleuniger enthalten sein. Die resultierende Mischung wird auf ein erstes Blatt des Deckschichtmaterials appliziert, so daß darauf eine Schicht des Gemisches gebildet wird. Ein zweites Blatt des Deckschichtmaterials wird auf diese Schicht gelegt, so daß eine Anordnung resultiert, bei der die erste und zweite Deckschicht einander gegenüber angeordnet sind, wobei sich die Schicht der Mischung zwischen beiden befindet.
  • Die Anordnung wird im Ofen getrocknet, um Wasserüberschuß zu entfernen und die Hydration des Gipses zu ermöglichen, so daß die fertige wasserbeständige Gips-Wandbauplatte resultiert.
  • Die Deckschichten bestehen vorteilhafterweise aus Papier, können jedoch auch Fiberglas oder Matten organischer Fasern enthalten.
    • BEISPIEL
  • Die Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel und Vergleichsversuche verdeutlicht, wobei die Begriffe "Teil" und "Prozent" Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozente bezeichnen.
  • Es wurden Versuche durchgeführt, um die Wasserbeständigkeit von Scheiben aus ausgehärtetem Gips zu vergleichen, die aus einem wässrigen Brei von calciniertem Gips (Calciumsulfathalbhydrat) hergestellt waren und die eine · wässrige Emulsion von Paraffinkohlenwasserstoffen mit und ohne Montanwachs oder Polyvinylalkohol enthielten. Der verwendete Polyvinylalkohol war ein zu 99% hydrolisiertes Polyvinylacetat.
  • Die wässrigen Emulsionen wurden hergestellt durch Erhitzen des Paraffinkohlenwasserstoffs und des Montanwachs - bis zum geschmolzenen Zustand und Mischen der Komponenten. Es wurde eine heiße wässrige Lösung zubereitet, welche die Emulgatoren, Stabilisatoren und den Polyvinylalkohol enthielt. Die Wachsmischung und die wässrige Lösung wurden in mengenkontrollierter Weise in den geeigneten Mengenverhältnissen durch eine Kolloidmühle geleitet, um eine Emulsion zu bilden. Die Emulsion wurde bei Raumtemperatur abkühlen gelassen.
  • Die ausgehärteten Gipsscheiben wurden hergestellt, indem die wässrigen Emulsionen mit einem Feststoffgehalt von ungefähr 40% mit dem calcinierten Gips und Wasser in einem Mengenverhältnis von 3,5 Teilen Emulsion, 50 Teilen Wasser und 100 Teilen calciniertem Gips gemischt wurden. Die auf diese Weise hergestellten Breie wurden in Schalen aus Aluminiumfolie gegossen und für eine Stunde bei Raum temperatur abbinden gelassen. Danach wurden die Scheiben von den Schalen getrennt. Das Ergebnis waren Gipsscheiben mit 60 Millimeter Durchmesser und 15 Millimeter Dicke. Die Gipsscheiben wurden danach in einem Luftzirkulationsofen bei 70ºC zwei Stunden getrocknet, bei Raumtemperatur abkühlen gelassen und gewogen. Danach wurden sie zwei Stunden in Wasser getaucht und erneut gewogen. Die prozentuale Wasseraufnahme bezogen auf das Ausgangsgewicht der trockenen Scheibe wurde berechnet.
  • Die unten dargestellte Tabelle 1 zeigt die auf diese Weise erhaltenen Ergebnisse. Das in der Tabelle dargestellte Beispiel illustriert die deutliche Abnahme der Wasserabsorption und die damit verbundene Verbesserung der Wasserbeständigkeit, die man erreicht, wenn sowohl Montanwachs als auch Polyvinylalkohol in der Paraffinkohlenwasserstoff-Emulsion enthalten sind. Die Beispiele 2 und 3 zeigen, daß nur eine bescheidene Verbesserung erreicht wird, wenn entweder nur Montanwachs oder nur Polyvinylalkohol enthalten ist. Beispiel 4 zeigt die überraschende Verbesserung, die man erhält, wenn diese Komponenten beide enthalten sind. TABELLE 1 Emulsionskomponenten in Teilen pro 100 Teilen Gips

Claims (10)

1. Wässrige Emulsion enthaltend Wasser und:
i) einen Paraffinkohlenwasserstoff mit einem Schmelzpunkt zwischen 40 und 80ºC
ii) Montanwachs in einer Menge von 1 bis 200 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes i), und
iii) Polyvinylalkohol in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes.
2. Emulsion nach Anspruch 1, bei welcher das Montanwachs in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes enthalten ist; und der Polyvinylalkohol in einer Menge von 1 bis 20 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes enthalten ist.
3. Emulsion nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Polyvinylalkohol ein zu 97 bis 100% hydrolisiertes Polyvinylacetat ist.
4. Durch Hydratation zu einem wasserfesten Gipsprodukt härtbare Gipszusammensetzung enthaltend eine Mischung von:
a) 100 Gewichtsteilen Gips, und
b) 0,5 bis 20 Gewichtsteilen an Emulsionsfeststoffen pro 100 Gewichtsteilen des Gips von einer wässrigen Emulsion enthaltend Wasser und:
i) einen Paraffinkohlenwasserstoff mit einem Schmelzpunkt zwischen 40 und 80ºC
ii) Montanwachs in einer Menge von
1 bis 200 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes i), und
iii) Polyvinylalkohol in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes.
5. Gipszusammensetzung nach Anspruch 4, bei welcher das Montanwachs in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes (i) enthalten ist; und der Polyvinylalkohol in einer Menge von 1 bis 20 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes enthalten ist.
6. Gipszusammensetzung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher der Polyvinylalkohol ein zu 97 bis 100% hydrolisiertes Polyvinylacetat ist.
7. Wasserbeständige Gipsplatte mit einem zwischen Deckschichten sandwichartig eingeschlossenen Kern, wobei der Kern eine ausgehärtete Zusammensetzung gemäß Anspruch 4, 5 oder 6 enthält.
8. Platte nach Anspruch 7, bei welcher die Deckschichten Papier-Deckschichten sind.
9. Verfahren zur Herstellung einer wasserbeständigen Gipsplatte, umfassend:
I) Bilden einer Mischung aus:
a) 100 Gewichtsteilen Gips, und
b) 0,5 bis 20 Gewichtsteilen an Emulsionsfeststoffen pro 100 Gewichtsteilen des Gips von einer wässrigen Emulsion enthaltend Wasser und:
i) einen Paraffinkohlenwasserstoff mit einem Schmelzpunkt zwischen 40 und 80ºC
ii) Montanwachs in einer Menge von 1 bis 200 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes i), und
iii) Polyvinylalkohol in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes.
II) Bilden einer Schicht der Mischung auf einer ersten Abdeckschicht
III) Anordnen einer zweiten Abdeckschicht auf der Schicht der Mischung in gegenüberliegender Anordnung bezüglich der ersten Abdeckschicht, um einen Aufbau zu bilden, bei dem die Schicht sandwichartig zwischen den Abdeckschichten liegt, und
IV) Trocknen des resultierenden Aufbaus unter Hydratation des Gipses, um die Platte zu bilden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem das Montanwachs in einer Menge von 1 bis 25 Gewichtsteilen pro 100 Teilen des Paraffinkohlenwasserstoffes enthalten ist, der Polyvinylalkohol zu 97 bis 100% hydrolisiertes Polyvinylacetat ist und die erste und zweite Abdeckschicht Papier-Abdeckschichten sind.
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