DE69928413T2

DE69928413T2 - Deformationsstabiler, gips-haltiger formkörper, verfahren zu dessen herstellung und hierzu verwendete gipszusammensetzung

Info

Publication number: DE69928413T2
Application number: DE69928413T
Authority: DE
Inventors: Qiang Yu; W. Steven SUCECH; E. Brent GROZA; J. Raymond MLINAC; T. Frederick JONES; M. Frederick BOEHNERT
Original assignee: United States Gypsum Co
Current assignee: United States Gypsum Co
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: NO20010518L; AU3285699A; ID30067A; SK287165B6; WO2000006518A1; CN100354227C; EP1114005B1; ES2252991T3; CN1318039A; NO334141B1; DE69928413D1; JP2003523910A; NO20010518D0; CA2338941C; AU763453B2; EP1114005A1; TR200100317T2; CZ305179B6; CA2338941A1; MY129113A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Zusammensetzung zum Herstellen von abgebundenen Gips enthaltenden Produkten, z.B. Gipsplatten, verstärkte Gipsverbundplatten, Estriche, bearbeitbare Materialien, Fugenmaterialien und Schallschluckplatten; und betrifft Verfahren und Zusammensetzungen zu ihrer Erzeugung. Spezieller betrifft die Erfindung Produkte, die abgebundenen Gips enthalten und die über eine erhöhte Beständigkeit gegenüber Dauerverformung besitzen (z.B. Durchhangwiderstand) indem ein oder mehrere verbesserende Materialien eingesetzt werden. Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betreffen die Erzeugung derartiger Produkte durch Hydratation von gebranntem Gips in Gegenwart eines verbesserenden Materials, welches dazu führt, dass der durch eine solche Hydratation erzeugte abgebundene Gips über eine erhöhte Festigkeit, Beständigkeit gegen Dauerverformung (z.B. Durchhangwiderstand) und Dimensionsstabilität (z.B. Schrumpffreiheit während des Trocknens des abgebundenen Gipses) verfügt. Das verbesserende Material vermittelt außerdem auch andere verbesserte Eigenschaften und Vorteile bei der Herstellung der den abgebundenen Gips enthaltenden Produkte. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird der abgebundene Gips mit einem oder mehreren verbesserenden Materialien behandelt, um eine ähnliche, wenn nicht die gleiche, erhöhte Festigkeit, Beständigkeit gegenüber Dauerverformung (z.B. Durchhangwiderstand), Dimensionsstabilität und andere verbesserte Eigenschaften und Vorteile den Produkten zu vermitteln, die den Gips enthalten. In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält das erfindungsgemäße, den abgebundenen Gips enthaltende Produkt relativ hohe Konzentrationen an Chloridsalzen, vermeiden jedoch allgemein die nachteiligen Eigenschaften derartiger Salzkonzentrationen in Gips enthaltenden Produkten.
HINTERGRUND
Zahlreiche gut bekannte verwendbare Produkte enthalten abgebundenen Gips (Calciumsulfat-Dihydrat) als einen signifikanten und oftmals als den Hauptbestandteil. Beispielsweise ist der abgebundene Gips der Hauptbestandteil von papierkaschierten Gipsplatten die im typischen Trockenbau für Innenwände und Decken von Gebäuden eingesetzt werden (siehe z.B. die US-P-4 009 062 und 2 985 219). Er ist ebenfalls Hauptbestandteil der Gips/Cellulosefaser-Verbundstoffplatten und -produkte, die in der US-P-S 320 677 beschrieben werden. Produkte, welche die Fugen zwischen den Kanten der Gipskartonplatten füllen und glätten, enthalten oftmals Gips in größeren Mengen (siehe z.B. die US-P-3 297 601). In abgehängten Decken verwendbare Schallschluckplatten können erhebliche Prozentanteile von abgebundenem Gips entsprechend der Beschreibung beispielsweise der US-P-S 395 438 und 3 246 063 enthalten. Traditionelle Gipsestriche z.B. für die Verwendung zur Erzeugung von mit Gips belegten Gebäudeinnenwänden hängen gewöhnlich generell hauptsächlich von der Erzeugung von abgebundenem Gips ab. Viele Sondermaterialien, wie beispielsweise ein Material, das zum Modellieren und für den Formenbau verwendbar ist und sich präzise entsprechend der Beschreibung in der US-P-S 534 059 bearbeiten lässt, enthalten größere Mengen von Gips.
Die meisten derartigen Gips enthaltenden Produkte werden hergestellt durch Ansetzen einer Mischung von gebranntem Gips (Calciumsulfat-Halbhydrat und/oder Calciumsulfat-Anhydrit) und Wasser (und andere Bestandteile nach Erfordernis), durch Gießen der Mischung in eine nach Wunsch geformte Form oder auf eine Oberfläche und die Mischung Härten lassen, um durch Reaktion des gebrannten Gipses mit dem Wasser unter Erzeugung einer Matrix/Grundmasse von kristallinem hydratisiertem Gips (Calciumsulfat-Dihydrat) abgebundenen Gips (d.h. rehydratisiert) zu erzeugen. Diesem Vorgang folgt oftmals ein mäßiges Erhitzen, um das verbleibende freie (nicht umgesetzte) Wasser abzutreiben und ein trockenes Produkt zu erhalten. Es ist die angestrebte Hydratation des gebrannten Gipses, welche die Bildung einer miteinander verbundenen Matrix/Grundmasse aus abgebundenen Gipskristallen ermöglicht und so der Gipskonstruktion in dem Gips enthaltenden Produkt die Festigkeit vermittelt.
Alle vorstehend beschriebenen, Gips enthaltenden Produkte könnten einen Nutzen daraus ziehen, wenn die Festigkeit ihrer Komponente der Kristallstrukturen aus abgebundenem Gips erhöht werden würde, um sie gegenüber Belastungen widerstandsfähiger zu machen, die während des Gebrauchs auftreten können.
Außerdem gibt es anhaltende Bemühungen, viele dieser Gips enthaltenden Produkte leichter zu machen, indem Materialien geringerer Dichte (z.B. geschäumtes Perlit oder Lufthohlräume) zum Teil für ihre Grundmasse aus abgebundenem Gips ersetzt wird. In derartigen Fällen besteht eine Notwendigkeit zur Erhöhung der Festigkeit des abgebundenen Gips über die normalen Werte hinaus, nur um die Gesamtfestigkeit des Produktes bei den Werten des früheren Produktes höherer Dichte zu bewahren, da weniger Masse aus abgebundenem Gips vorhanden ist, um in dem Produkt geringerer Dichte Festigkeit zu gewähren.
Darüber hinaus besteht ein Bedarf nach einer größeren Beständigkeit gegenüber Dauerverformung (z.B. Durchhangwiderstand) in der Struktur vieler dieser Gips enthaltenden Produkte und speziell unter Bedingungen hoher Feuchtigkeit und Temperatur oder sogar Last. Das menschliche Auge kann im typischen Fall einen Durchhang einer Gips enthaltenden Bauplatte von weniger als etwa 0,1 inch Durchhang pro 2 Fuß Länge der Platte nicht wahrnehmen. Es gibt daher einen Bedarf nach Gips enthaltenden Produkten, die einer Dauerverformung über die Nutzungsdauer derartiger Produkte widerstehen. Beispielsweise werden Gips enthaltende Platten und Formkörper oftmals in einer solchen Form gelagert oder eingesetzt, in der sie eine horizontale Position einnehmen. Wenn die abgebundene Gipsmasse in diesen Produkten nicht ausreichend widerstandsfähig gegenüber Dauerverformung ist und speziell unter hoher Feuchtigkeit und Temperatur oder sogar Last, können die Produkte in den Bereichen zwischen den Punkten, wo sie befestigt oder durch eine darunterliegende Konstruktion gestützt sind, beginnen durchzuhängen. Dieses kann unansehnlich sein und kann Schwierigkeiten in der Anwendung der Produkte hervorrufen. In vielen Anwendungen müssen Gips enthaltende Produkte in der Lage sein, Lasten aufzunehmen, z.B. Dämmung oder Lasten aus Kondensation, ohne wahrnehmbar durchzuhängen. Es gibt daher einen weiter bestehenden Bedarf danach, dass man zur Erzeugung von abgebundenem Gips in der Lage ist, der über eine erhöhte Beständigkeit gegen Dauerverformung verfügt (z.B. Durchhangwiderstand).
Ebenfalls gibt es einen Bedarf für eine größere Dimensionsstabilität von abgebundenem Gips in Gips enthaltenden Produkten während ihrer Herstellung, Verarbeitung und kommerziellen Anwendung. Besonders unter Bedingungen von sich ändernder Temperatur und Feuchtigkeit, kann abgebundener Gips schrumpfen oder expandieren. Beispielsweise kann eine Feuchtigkeitsaufnahme in den Kristallzwischenräumen einer Gipsgrundmasse einer Gipsplatte oder -formkörpers, die hoher Feuchtigkeit und Temperatur ausgesetzt sind, das Durchhangproblem verstärken indem eine Expansion der feucht gewordenen Platte bewirkt wird (hervorgerufen wird). Außerdem gibt es bei der Herstellung von Produkten aus abgebundenem Gips normalerweise eine erhebliche Menge an freiem (nicht umgesetztem) Wasser, das in der Grundmasse zurückgelassen wird, nachdem der Gips abgebunden ist. Dieses freie Wasser wird in der Regel anschließend durch mäßiges Erhitzen abgetrieben. Wenn das verdampfende Wasser die Kristallzwischenräume der Gipsmatrix verlässt, neigt die Matrix zum Schrumpfen durch die natürlichen Kräfte des abgebundenen Gipses (d.h. das Wasser hielt Teile der miteinander verbundenen Kristalle des abgebundenen Gips in der Matrix auf Abstand, die dann mit dem Verdampfen des Wassers enger aneinanderrücken).
Wenn sich eine derartige Dimensionsinstabilität vermeiden oder auf ein Minimum herabsetzen ließe, würden zahlreiche Vorteile resultieren. Beispielsweise würden die bestehenden Herstellungsmethoden für Gipsplatten eine größere Produktausbeute liefern, wenn die Platten während des Trocknens nicht schrumpfen würden, und Gips enthaltende Produkte, von denen man sichergehen möchte, dass sie eine präzise Form und Maßhaltigkeit bewahren (z.B. zur Verwendung im Modellbau und bei der Herstellung von Formen), würden ihre Aufgaben besser erfüllen. Außerdem würden beispielsweise einige Gipsmörtel, die für Gebäudeinnenwände vorgesehen sind, davon Nutzen ziehen, während der Trocknung nicht zu schrumpfen, so dass der Gipsmörtel in dickeren Lagen ohne die Gefahr eines Reißens aufgetragen werden könnte, ohne dass es notwendig sein würde, in mehrfachen dünneren Lagen mit langen Pausen aufgebracht zu werden, um ein ausreichendes Trocknen zwischen den Aufträgen der Lagen zu machen.
Einige spezielle Typen von Gips enthaltenden Produkten zeigen auch andere spezielle Probleme. Beispielsweise werden Gips enthaltende Produkte geringerer Dichte oftmals unter Verwendung von Schaumbildner erzeugt, um wässrige Bläschen in den Aufschlämmungen (fließfähige wässrige Mischungen) aus gebranntem Gips zu erzeugen, die entsprechende dauerhafte Hohlräume in dem Produkt zurücklassen, wenn sich der abgebundene Gips bildet. Oftmals besteht ein Problem darin, dass, da die wässrigen Schäume, die eingesetzt werden, von sich aus unstabil sind und daher viele der Bläschen koaleszieren können und aus der relativ dünnen Aufschlämmung entweichen können (wie Bläschen in einem Schaumbad), bevor sich der abgebundene Gips bildet, erhebliche Konzentrationen an Schaumbildnern eingesetzt werden müssen, um die gewünschte Konzentration an Hohlräumen in dem abgebundenen Gips zu erzeugen, damit man ein Produkt der gewünschten Dichte erhalten kann. Dieses erhöht die Kosten und Risiken nachteiliger Auswirkungen chemischer Schaumbildner auf andere Bestandteile oder Eigenschaften der Gips enthaltenden Produkte. Es wäre daher wünschenswert, wenn man in der Lage wäre, die Menge an Schaumbildner zu reduzieren, die benötigt wird, um eine gewünschte Hohlraumkonzentration in den Produkten zu erzeugen, die abgebundenen Gips enthalten.
Es besteht außerdem eine Nachfrage nach neuen und verbesserten Zusammensetzungen und Methoden zum Herstellen von Produkten, die abgebundenen Gips enthalten und aus Mischungen hergestellt werden, die in hohen Konzentrationen (d.h. mindestens 0,015 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Calciumsulfat-Materialien in der Mischung) Chlorid-Ionen oder Salzen davon enthalten. Die Chlorid-Ionen oder Salze davon können Verunreinigungen in dem Calciumsulfatmaterial selbst sein oder dem Wasser (z.B. Meerwasser oder Salzlauge enthaltendes Oberflächenwasser), das in der Mischung zum Einsatz gelangt, das vor der vorliegenden Erfindung nicht verwendet werden konnte, um stabile Produkte zu erzeugen, die abgebundenen Gips enthalten.
Es besteht außerdem eine Nachfrage nach neuen und verbesserten Zusammensetzungen und Methoden zum Behandeln von abgebundenem Gips, um die Festigkeit, die Beständigkeit gegenüber Dauerverformung (z.B. den Durchhangwiderstand) und die Dimensionsstabilität zu verbessern.
Es besteht somit eine anhaltende Nachfrage nach neuen und verbesserten, abgebundenen Gips enthaltenden Produkten und Zusammensetzungen und Methoden zu deren Herstellung, mit denen die vorstehend aufgezeigten Probleme gelöst, vermieden oder auf ein Minimum herabgesetzt werden. Die vorliegende Erfindung kommt diesen Nachfragen nach.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben überraschend abgehärteten Gips enthaltende Produkte und Zusammensetzungen sowie Verfahren zu deren Herstellung entdeckt, die den vorstehend beschriebenen Notwendigkeiten genügen. Jede Ausführungsform der Erfindung genügt einer oder mehreren dieser Notwendigkeiten.
Nach einem ersten Aspekt gewährt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines abgebundenen Gips enthaltenden Produktes mit erhöhter Beständigkeit gegenüber Dauerverformung, umfassend:
Erzeugen einer Mischung aus einem Calciumsulfat-Material, Wasser, einem Beschleuniger und einem oder mehreren Materialien zum Verstärken, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: kondensierten Phosphorsäuren, von denen jede zwei oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist; und Salzen oder Ionen von kondensierten Phosphaten, von denen jedes zwei oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist; und
die Mischung unter Bedingungen halten, die für das Calciumsulfat-Material ausreichend sind, um eine miteinander verbindende Matrix aus abgebundenem Gipsmaterial zu bilden;
wobei das verbesserende Material oder die verbesserenden Materialien in die Mischung in einer solchen Menge einbezogen sind, dass das abgebundenen Gips enthaltende Produkt eine größere Beständigkeit gegenüber bleibender Formänderung hat, als es diese haben würde, wenn das verbesserende Material nicht in die Mischung einbezogen worden wäre;
wobei der Beschleuniger in einer solchen Menge einbezogen ist, dass das abgebundenen Gips enthaltende Produkt eine größere Festigkeit hat, als es diese haben würde, wenn der Beschleuniger nicht in die Mischung einbezogen worden wäre.
Nach einem zweiten Aspekt gewährt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer geformten Gipsplatte, umfassend:
Herstellen einer gleichförmigen wässrigen Lösung, die Wasser aufweist, mindestens ein Chloridsalz, ein Benetzungsmittel und ein oder mehrere verbesserende Materialien, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: Phosphorsäuren, von denen jede eine oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist; Salzen oder Ionen von kondensierten Phosphaten, von denen jedes zwei oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist; und einbasischen Salzen oder einwertigen Ionen von Orthophosphaten; und
Auftragen der gleichförmigen wässrigen Lösung auf eine Gipsplatte in einer ausreichenden Menge, um die Gipsplatte zu schwächen, um eine Umformung der Form der Gipsplatte zu ermöglichen;
Umformen der Form der Gipsplatte nach Erfordernis
und die Gipsplatte unter Erzeugung der geformten Gipsplatte trocknen lassen;
wobei das Chloridsalz, das verbesserende Material oder die verbesserenden Materialien und das Benetzungsmittel, auf die Gipsplatte in einer solchen Menge aufgebracht worden sind, dass die umgeformte Form der geformten Gipsplatte in einer kürzeren Zeit erreicht wird und die geformte Gipsplatte eine größere Beständigkeit gegenüber bleibender Verformung hat, als sie es haben würde, wenn das Chloridsalz, das verbesserende Material und das Benetzungsmittel nicht auf die Gipsplatte aufgebracht worden wären.
Nach einem dritten Aspekt gewährt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer geformten Gipsplatte, umfassend:
Aufbringen einer gleichförmigen wässrigen Lösung auf die Gipsplatte, wobei die Lösung Wasser und ein Benetzungsmittel aufweist;
Aufbringen einer gleichförmigen wässrigen Lösung auf eine Gipsplatte, wobei die Lösung Wasser und mindestens ein Chloridsalz aufweist;
Aufbringen einer Lösung auf die Gipsplatte vor dem Trocknenlassen der Gipsplatte, wobei die Lösung ein oder mehrere verbesserende Materialien aufweist, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: Phosphorsäuren, von denen jede ein oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist; Salzen oder Ionen von kondensierten Phosphaten, von denen jedes zwei oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist; und einbasische Salze oder einwertige Ionen von Orthophosphaten;
Umformen der Form der Gipsplatte nach Erfordernis;
und die Gipsplatte unter Erzeugung der geformten Gipsplatte trocknen lassen; wobei das Chloridsalz, das verbesserende Material oder die verbesserenden Materialien und das Benetzungsmittel in einer solchen Menge auf die Gipsplatte aufgebracht worden sind, dass die umgeformte Form der geformten Gipsplatte in einer kürzeren Zeit erhalten wird und die geformte Gipsplatte eine größere Beständigkeit gegenüber bleibender Verformung hat, als sie es hätte, wenn das Chloridsalz, das verbesserende Material und das Benetzungsmittel nicht auf die Gipsplatte aufgetragen worden wären.
Wie hierin verwendet, soll der Begriff "Calciumsulfat-Material" ein Calciumsulfat-Anhydrit, Calciumsulfat-Halbhydrat, Calciumsulfat-Dihydrat; Ionen von Calcium und Sulfat oder Mischungen von beliebigen oder diesen allen bedeuten.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist das Calciumsulfat-Material zumeist Calciumsulfat-Halbhydrat. In diesen Fällen werden alle verbesserenden Materialien, wie sie vorstehend beschrieben wurden, dem daraus erzeugten abgebundenen Gips eine erhöhte Beständigkeit gegen dauerhafte Verformung vermitteln. Allerdings werden einige verbesserende Materialien (z.B. die folgenden Salze oder ionischen Teile davon: Natriumtrimetaphosphat (hierin auch bezeichnet als STMP), Natriumhexametaphosphat mit 6 bis 27 repetierenden Phosphat-Einheiten (hierin auch bezeichnet als SHMP) und Ammoniumpolyphosphat mit 1.000 bis 3.000 repetierenden Phosphat-Einheiten (hierin auch bezeichnet als APP)) besonders bevorzugte Vorteile vermitteln, wie beispielsweise eine stärkere Erhöhung des Durchhangwiderstandes. Außerdem vermittelt APP einen gleichen Durchhangwiderstand wie er vom STMP vermittelt wird selbst dann, wenn lediglich ein Viertel der STMP-Konzentration zugesetzt wird.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird dieses durch Zusetzen von Trimetaphosphat-Ion zu einer Mischung von gebranntem Gips und Wasser erreicht, die zur Erzeugung der Produkte, die abgebundenen Gips enthalten, verwendet werden soll (wie hierin verwendet, soll der Begriff "gebrannter Gips" α-Calciumsulfat-Halbhydrat, β-Calciumsulfat-Halbhydrat, wasserlösliches Calciumsulfat-Anhydrit oder Mischungen von beliebigen oder allen davon bedeuten, während die Begriffe "gebundener Gips" und "hydratisierter Gips" Calciumsulfat-Dihydrat bedeuten sollen). Wenn das Wasser in der Mischung spontan mit dem gebrannten Gips unter Erzeugung von abgebundenem Gips reagiert, so hat der abgebundene Gips, wie überraschend festgestellt wurde, eine erhöhte Festigkeit, Beständigkeit gegen dauerhafte Verformung (z.B. Durchhangwiderstand) und Dimensionsstabilität im Vergleich zu abgebundenem Gips, der aus einer Mischung erzeugt wurde, die kein Trimetaphosphat-Ion enthält. Der Mechanismus für diese Verbesserungen der Eigenschaften wird nicht verstanden.
Darüber hinaus wurde überraschend festgestellt, dass das Trimetaphosphat-Ion (wie APP) die Geschwindigkeit der Erzeugung von abgebundenem Gips aus gebranntem Gips nicht verzögert. Vielmehr beschleunigt das Trimetaphosphat-Ion bei Zusatz in relativ höheren Konzentrationsbereichen innerhalb seiner anwendbaren Zugabebereiche die Geschwindigkeit der Hydratation von gebranntem Gips unter Erzeugung von abgebundenem Gips. Dieses ist besonders überraschend, sowie die Erhöhung der Festigkeit des abgebundenen Gipses, da in der Gipstechnik im Allgemeinen davon ausgegangen worden war, dass Phosphorsäure- oder Phosphat-Materialien die Geschwindigkeit der Bildung von abgebundenem Gips verzögern und die Festigkeit des erzeugten Gipses verringern. Dieses gilt besonders für die meisten dieser Materialien, nicht jedoch für das Trimetaphosphat-Ion.
Somit gewähren allgemein einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines abgebundenen Gips enthaltenden Produktes mit erhöhter Festigkeit, Beständigkeit gegen bleibende Verformung (z.B. Durchhangwiderstand) und Dimensionsstabilität, welches Verfahren umfasst: Erzeugen einer Mischung von gebranntem Gips, Wasser und Trimetaphosphat-Ion und die Mischung unter Bedingungen halten (z.B. einer Temperatur vorzugsweise unterhalb von etwa 120°F), die ausreichend für den gebrannten Gips sind, um in abgebundenen Gips überzugehen.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dient das Verfahren zum Herstellen einer Gipsplatte, die einen Kern aus abgebundenem Gips aufweist, der sandwichartig zwischen Deckplatten aus Papier oder anderem Material eingeschlossen ist. Die Platte wird hergestellt, indem eine fließfähige Mischung (Aufschlämmung) aus gebranntem Gips, Wasser und Trimetaphosphat-Ion angesetzt wird, diese zwischen Deckplatten eingebracht wird und die resultierende Gruppe abbinden und trocknen kann.
Während die auf diese Weise erzeugte Platte alle gewünschten verbesserten Eigenschaften von erhöhter Festigkeit, Beständigkeit gegenüber bleibender Verformung (z.B. Durchhangbeständigkeit) und Dimensionsstabilität hat, ist festgestellt worden, dass die Bindung aus unbekannten Gründen zwischen dem Gipskern und den Deckplatten (die üblicherweise Papier aufweisen), wenn eine solche Platte aus irgendeinem Grund nass geworden ist oder während der Herstellung nicht vollständig getrocknet worden ist, die Festigkeit verlieren kann oder sogar versagen kann, und zwar selbst dann, wenn die Platte eine typische nichtvorgelatinierte Stärke enthält (z.B. eine mit Säure modifizierte Stärke), die normalerweise zu einem besseren Zusammenhalt der Bindung von Papier-zu-Kern beiträgt. Die Deckplatten ließen sich dann von der Platte ablösen, was unakzeptabel wäre. Glücklicherweise haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung auch eine Lösung für dieses mögliche auftretende Problem gefunden. Sie haben festgestellt, dass das Problem unter Einbeziehung einer vorgelatinierten Stärke in die Fertigungsaufschlämmung vermieden werden kann. Diese Stärke wird sodann über den gesamten resultierenden Gipskern verteilt, und es ist überraschend festgestellt worden, dass damit die Schwächung der Bindung zwischen dem Kern und den Deckplatten vermieden wird.
Damit gewähren einige der Ausführungsformen der Erfindung eine Zusammensetzung und ein Verfahren zum Herstellen einer noch verbesserten Gipsplatte. Die Zusammensetzung weist eine Mischung von Wasser, gebranntem Gips, Trimetaphosphat-Ion und einer vorgelatinierten Stärke auf. Das Verfahren umfasst das Erzeugen einer solchen Mischung, das Einbringen zwischen Deckplatten und das Abbinden und Trocknen lassen der resultierenden Gruppe.
In Fällen, in denen die Erzeugung einer Gipsplatte mit noch geringerem Gewicht angestrebt wird, gewährt die Erfindung eine Zusammensetzung und ein Verfahren, dieses zu erreichen. Die Zusammensetzung weist eine Mischung von Wasser, gebranntem Gips, Trimetaphosphat-Ion und eine wasserhaltige Aufschäumung auf, während das Verfahren das Erzeugen einer solchen Mischung umfasst, ihr Einbringen zwischen Deckplatten und das Abbinden und Trocknen lassen der resultierenden Gruppe. Eine solche Zusammensetzung sowie ein solches Verfahren gewähren eine Platte, die ein leichteres Gewicht hat, da die Bläschen der wässrigen Aufschäumung zu Lufthohlräumen in dem abgebundenen Gipskern der resultierenden Platte führen. Die Gesamtfestigkeit der Platte ist größer als Platten bekannter Ausführung, die unter Einbeziehung einer wässrigen Aufschäumung in die Mischung erzeugt wurden, da die erhöhte Festigkeit durch den Einschluss des Trimetaphosphat-Ions in die Mischung vermittelt wird, die zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Platte verwendet wird. So haben beispielsweise Deckenplatten einer Dicke von ½'', die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine größere Beständigkeit gegenüber bleibender Verformung (z.B. Durchhangbeständigkeit) als 5/8''-Deckenplatten, die unter Anwendung von Zusammensetzungen und Verfahren bekannter Ausführung erzeugt werden. Damit gewährt die vorliegende Erfindung erhebliche Kosteneinsparungen bei der Produktion von Deckenplatten.
Unerwartet ist ein anderer Vorteil der Einbeziehung von Trimetaphosphat-Ion in Mischungen entdeckt worden, die ebenfalls eine wässrige Aufschäumung enthalten. Es ist nämlich entdeckt worden, dass proportional mehr Lufthohlräume (und ein größeres Gesamtvolumen des Lufthohlraumes) pro Mengeneinheit eingesetzter wässriger Aufschäumung in dem resultierenden Gips enthaltenden Produkt erzeugt werden, wenn in die Mischung Trimetaphosphat-Ion einbezogen wird. Die Ursache dafür ist nicht bekannt, jedoch besteht das vorteilhafte Ergebnis darin, dass zur Erzeugung der gewünschten Menge eines Volumens von Lufthohlraum in dem abgebundenen Gips enthaltenden Produkt weniger Mittel zum Aufschäumen eingesetzt werden muss. Dieses führt wiederum zu geringeren Produktionskosten und zu einem geringeren Risiko nachteiliger Wirkungen chemischer Schaumbildner auf andere Bestandteile oder Eigenschaften des Gips enthaltenden Produktes.
In einigen Ausführungsformen gewährt die Erfindung eine Verbundplatte, die gebundenen Gips und ein verstärkendes Material aufweist und die hergestellt wird durch: Erzeugen oder Abscheiden einer Mischung auf einer Oberfläche, wobei die Mischung das verstärkende Material aufweist, ein Calciumsulfat-Material, Wasser und eine geeignete Menge eines oder mehrerer verbesserender Materialien, die ausgewählt sind aus kondensierten Phosphorsäuren, von denen jede 2 oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist; sowie Salzen oder Ionen kondensierter Phosphate, von denen jedes 2 oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist. Die Mischung wird sodann unter Bedingungen gehalten, die ausreichend sind, damit das Calciumsulfat-Material ein abgebundenes Gipsmaterial erzeugen kann.
Die Erfindung gewährt ebenfalls eine Verbundplatte, die abgebundenen Gips und Wirtspartikel aufweist, wobei sich mindestens ein Teil des abgebundenen Gipses in und über zugänglichen Hohlräumen in den Wirtspartikeln befindet. Die Platte wird durch Erzeugen oder Abscheiden einer Mischung auf einer Oberfläche hergestellt, wobei die Mischung aufweist: die Wirtspartikel; Calciumsulfat-Halbhydrat, wovon mindestens ein Teil in Form von Kristallen in und über den Hohlräumen der Wirtspartikel vorliegt; Wasser und eine geeignete Menge eines oder mehrerer verbesserender Materialien, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus kondensierten Phosphorsäuren, von denen jede 2 oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist; sowie Salzen oder Ionen von kondensierten Phosphaten, von denen jedes 2 oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist. Die Mischung wird sodann unter Bedingungen gehalten, die für das Calciumsulfat-Halbhydrat zur Erzeugung von abgebundenem Gips ausreichend sind, wodurch der Teil des abgebundenen Gipses in und über den zugänglichen Hohlräumen in den Wirtspartikeln durch eine in situ-Hydratation der Kristalle des Calciumsulfat-Halbhydrates in und über den Hohlräumen der Wirtspartikel bilden.
Die Erfindung gewährt ebenfalls einen abgebundenen Gips enthaltendes bearbeitbares Produkt, das hergestellt wird durch Erzeugen einer Mischung, die eine Stärke aufweist, Partikel eines in Wasser wieder dispergierbaren Polymers, ein Calciumsulfat-Material, Wasser und eine geeignete Menge von einem oder mehreren verbesserenden Materialien, die ausgewählt sind aus: kondensierten Phosphorsäuren, von denen jede 2 oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist, und Salze oder Ionen von kondensierten Phosphaten, von denen jedes 2 oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist. Die Mischung wird sodann unter Bedingungen gehalten, die für das Calciumsulfat-Material ausreichend sind, ein Material aus abgebundenem Gips zu erzeugen.
Die Erfindung gewährt außerdem ein abgebundenen Gips enthaltendes Produkt, das zur Füllung einer Fuge zwischen den Kanten von Gipsplatten eingesetzt wird, wobei das Produkt hergestellt wird, indem in die Fuge eine Mischung eingeführt wird, die ein Bindemittel aufweist, ein Eindickungsmittel, ein Stellmittel, ein Calciumsulfat-Material, Wasser und eine geeignete Menge eines oder mehrerer verbesserender Materialien, die ausgewählt sind aus kondensierten Phosphorsäuren, von denen jede 2 oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist; sowie aus Salzen oder Ionen von kondensierten Phosphaten, von denen jedes 2 oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist. Die Mischung wird sodann unter Bedingungen gehalten, die für das Calciumsulfat-Material ausreichend sind, ein Material aus abgebundenem Gips zu erzeugen.
Die Erfindung gewährt ferner eine abgebundenen Gips enthaltende Schallschluckplatte, die hergestellt wird, indem eine Mischung geformt oder in einer Form abgeschieden wird, die eine gelatinierte Stärke aufweist, Mineralwolle, ein Calciumsulfat-Material, Wasser und eine geeignete Menge eines oder mehrerer verbesserender Materialien, die ausgewählt sind aus kondensierten Phosphorsäuren, von denen jede 2 oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist; sowie aus Salze oder Ionen von kondensierten Phosphaten, von denen jedes 2 oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist. Die Mischung wird sodann unter Bedingungen gehalten, die für das Calciumsulfat-Material ausreichend sind, ein Material aus abgebundenem Gips zu erzeugen.
Die Erfindung gewährt außerdem einen anderen Typ von abgebundenen Gips enthaltender Schallschluckplatte, die hergestellt wird, indem eine Mischung geformt oder in einer Form abgeschieden wird, die eine gelatinierte Stärke aufweist, geschäumte Perlit-Partikel, ein Faserverstärkungsmittel, ein Calciumsulfat-Material, Wasser und eine geeignete Menge von einem oder mehreren verbesserenden Materialien, die ausgewählt sind aus kondensierten Phosphorsäuren, von denen jede 2 oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist; und aus Salzen oder Ionen von kondensierten Phosphaten, von denen jedes 2 oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist. Die Mischung wird sodann unter Bedingungen gehalten, die für das Calciumsulfat-Material ausreichend sind, ein Material aus abgebundenem Gips zu erzeugen.
Die Erfindung gewährt ferner abgebundenen Gips enthaltende Produkte, die hergestellt werden, indem eine Mischung von verbesserendem Material, Calciumsulfat-Dihydrat und Wasser erzeugt wird. Spezieller umfassen diese Ausführungsformen die Behandlung von Gipsguss mit verbesserendem Material. Es ist festgestellt worden, dass die Erzeugung einer Mischung aus dem verbesserenden Material, Wasser und Calciumsulfat-Dihydrat abgebundenen Gips enthaltende Produkte liefert, die über eine erhöhte Festigkeit verfügen, Beständigkeit gegenüber bleibende Verformung (z.B. Durchhangbeständigkeit) und Dimensionsstabilität. Eine solche Behandlung nach dem Abbinden kann durch Zugabe des verbesserenden Materials entweder durch Spritzen oder Einweichen des Calciumsulfat-Dihydrat-Gussstückes mit dem verbesserenden Material erhalten werden. Im Falle einer solchen Behandlung nach dem Abbinden kann das verbesserende Material ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus: Phosphorsäuren, von denen jede 1 oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist; Salze oder Ionen von kondensierten Phosphaten, von denen jedes 2 oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist; und einbasische Salze oder einwertige Ionen von Orthophosphaten.
In einigen Ausführungsformen gewährt die Erfindung eine Zusammensetzung und ein Verfahren zum Herstellen von abgebundenen Gips enthaltenden Produkten aus Mischungen, die hohe Konzentrationen von Chlorid-Ionen oder Salzen davon enthalten (d.h. mindestens 0,015 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Calciumsulfat-Materialien in der Mischung). Die Chlorid-Ionen oder Salze davon können Verunreinigungen in dem Calciumsulfat-Material selbst oder dem Wasser sein (z.B. Meereswasser oder Salzlauge enthaltendes Oberflächenwasser), das in der Mischung eingesetzt wird, das vor der vorliegenden Erfindung nicht verwendet werden konnte, um stabile, abgebundenen Gips enthaltende Produkte zu erzeugen.
In der Vorbehandlung vor dem Abbinden von Calciumsulfat-Material gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner entdeckt worden, dass einige verbesserende Materialien die Hydratationsgeschwindigkeit bei der Erzeugung des abgebundenen Gipses verzögern und die Festigkeit des abgebundenen Gips enthaltenden Produktes beeinträchtigen. Es ist entdeckt worden, dass diese Verzögerung und der nachteilige Einfluss auf die Festigkeit verringert oder sogar vermieden werden können, indem in die Mischung ein Beschleuniger in einer geeigneten Menge und Form einbezogen wird.
Es ist ferner entdeckt worden, dass eine Gipsplatte mit einer gewünschten Kontur nach den Lehren der vorliegenden Erfindung erzeugt werden kann. Vor der vorliegenden Erfindung ist die Form von regelmäßigen ebenen Gipsplatten normalerweise dadurch modifiziert worden, dass die Platte mit Wasser befeuchtet wurde, um die Platte nachgiebig und flexibler zu machen und dann das Kontur der Platte in gewünschter Weise umformen und dann die Platte trocknen lassen. Diese ältere Technik bringt jedoch viele erforderliche Herstellungs- und Einrichtungsnachteile mit sich, da das erforderliche Befeuchten um die Platte nachgiebig und flexibel zu machen, so dass sie sich zu einer gewünschten Kontur umformen ließ, eine erhebliche Zeitdauer in Anspruch nahm, d.h. mindestens eine Stunde oder mehr, wobei 12 Stunden nicht ungewöhnlich waren. Darüber hinaus ist die ältere Technik für eine leichte Umformung der gewünschten Form der Platte nicht empfänglich. Wenn die Platte nicht in geeignetem Maße eingeweicht wird, ist es schwierig, die Form der Platte nach dem Erfordernis umzuformen. Das bedeutet, dass eine größere Kraft erforderlich ist, um die Form der Platte nach Erfordernis umzuformen, und wenn eine zu große Kraft aufgebracht wird, wird die Platte reißen. Es besteht daher ein großer Bedarf nach Methoden und Zusammensetzungen, die die Anfeuchtungsdauer verringern und die einwandfreie Herstellung und den Einbau der Gipsplatte nach der gewünschten Form verbessern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise eine flache Gipsplatte mit einer wässrigen Chloridlösung bespritzt werden, die irgendein verbesserendes Material enthält (entsprechend der vorangegangenen Beschreibung in der Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung und in den nachfolgenden Beispielen), um die Platte nachgiebiger und flexibler zu machen. Die nachgiebigere und flexiblere Platte lässt sich sodann mühelos zu einer gewünschten Form mit weniger Kraft als in den älteren Methoden umformen, wobei die angestrebte Form in der umgeformten Platte aufgrund der vorteilhaften Wirkungen des verbesserenden Materials aufrecht erhalten wird, nachdem die Platte getrocknet ist.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ist eine graphische Darstellung des Produktgewichtes von Gipsplattenprodukten, einschließlich der Gipsplatte der vorliegenden Erfindung;
2 ein graphischer Vergleich des Durchhangwiderstandes einer Gipsplatte, die gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde, mit kommerziell verfügbaren Gipsplatten, wobei alle getesteten Platten unter Verwendung von geklammerten und geschraubten Deckenhalterungen eingebaut wurden;
3 ein graphischer Vergleich des Durchhangwiderstandes einer Gipsplatte, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, mit kommerziell verfügbaren Gipsplatten, wobei alle getesteten Platten unter Verwendung konventioneller Deckenhalterung F2100 (d.h. Klebmittel) eingebaut wurden;
4 ein graphischer Vergleich der Auswirkung des Durchhangwiderstandes einer Gipsplatte, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, und einer kommerziell verfügbare Gipsplatte;
5 eine graphische Darstellung der Auswirkung des Durchhanges einer Behandlung der Gipsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung, die aus einer Gipsplatte hergestellt wurde, die zuvor abgebundenen und getrockneten Gips aufwies (d.h. Calciumsulfat-Dihydrat).
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung kann unter Einsatz von Zusammensetzungen und Methoden praktiziert werden, die ähnlich denjenigen sind, wie sie im Stand der Technik zur Herstellung verschiedener abgebundenen Gips enthaltender Produkte eingesetzt werden. Der wesentliche Unterschied in den Zusammensetzungen und Methoden einiger bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von Zusammensetzungen und Verfahren, die im Stand der Technik zur Herstellung verschiedener abgebundenen Gips enthaltender Produkte eingesetzt werden, besteht darin, dass ein Trimetaphosphatsalz einbezogen wird, um dafür zu sorgen, dass in den erfindungsgemäßen Verfahren der erneuten Hydratation von gebranntem Gips unter Erzeugung von abgebundenem Gips in Gegenwart von Trimetaphosphat-Ion stattfindet und dadurch die Vorteile der Erfindung zustande kommen. In anderer Hinsicht können die Zusammensetzungen und Verfahren der Erfindung die gleichen sein wie die entsprechenden Zusammensetzungen und Verfahren nach dem Stand der Technik.
Das in die Zusammensetzungen der Erfindung einbezogene Trimetaphosphatsalz kann jedes beliebige wasserlösliche Trimetaphosphatsalz aufweisen, das mit anderen Komponenten der Zusammensetzung nicht nachteilig in Wechselwirkung tritt. Einige Beispiele von verwendbaren Salzen sind Natriumtrimetaphosphat, Kaliumtrimetaphosphat, Ammoniumtrimetaphosphat, Lithiumtrimetaphosphat, Aluminiumtrimetaphosphat und gemischte Salze davon, unter anderem. Bevorzugt ist Natriumtrimetaphosphat. Dieses ist kommerziell mühelos beispielsweise bei Solutia Inc. of St. Louis, Missouri, verfügbar, bei dem es sich um ein früheres Unternehmen der Monsanto Company of St. Louis, Missouri, handelt.
Um in der Praxis einer der bevorzugten Verfahren der Erfindung zur Anwendung zu gelangen, wird das Trimetaphosphatsalz in einer wässrigen Mischung von gebranntem Gips aufgelöst, um eine Konzentration von Trimetaphosphat-Ion von etwa 0,004 bis etwa 2,0 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des gebrannten Gipses zu liefern. Eine bevorzugte Konzentration von Trimetaphosphat-Ion liegt bei etwa 0,04% bis etwa 0,16 Gew.-%. Eine mehr bevorzugte Konzentration beträgt etwa 0,08 Gew.-%. Nach Erfordernis kann zur leichteren Aufbewahrung und Zulieferung in der Praxis einiger Ausführungsformen der Erfindung das Trimetaphosphatsalz zuvor in Wasser aufgelöst und in die Mischung in Form einer wässrigen Lösung eingebracht werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung braucht das Trimetaphosphat-Ion lediglich in der wässrigen Mischung des gebrannten Gipses bei der Hydratation des gebrannten Gipses unter Erzeugung des abgebundenen Gipses vorhanden zu sein. Obgleich es daher in der Regel besonders bequem und damit bevorzugt ist, das Trimetaphosphat-Ion in die Mischung in einer frühen Prozessstufe einzubringen, ist es auch ausreichend, das Trimetaphosphat-Ion in die Mischung des gebrannten Gipses und des Wassers in einer etwas späteren Prozessstufe einzubringen. Beispielsweise werden bei der Herstellung typischer Gipsplatten Wasser und gebrannter Gips in einem Mischapparat zusammengebracht, gründlich gemischt und anschließend in der Regel auf eine Deckplatte auf einem Förderband aufgebracht und eine zweite Deckplatte über die aufgebrachte Mischung aufgebracht, bevor der wesentliche Teil der erneuten Hydratation des gebrannten Gipses unter Erzeugung von abgebundenem Gips abläuft. Obgleich es äußerst bequem ist, das Trimetaphosphat-Ion in die Mischung während ihrer Herstellung in den Mischapparat einzubringen, ist es auch ausreichend, das Trimetaphosphat-Ion in einer späteren Prozessstufe zuzusetzen, z.B. durch Spritzen einer wässrigen Lösung des Ions auf die abgeschiedene wässrige Mischung von gebranntem Gips unmittelbar vor der Aufbringung der zweiten Deckplatte über dem Auftrag, so dass die wässrige Lösung des Trimetaphosphat-Ions in die aufgebrachte Mischung eindringt und vorhanden ist, wenn der überwiegende Teil der Hydratation unter Erzeugung von abgebundenem Gips abläuft.
Andere alternative Verfahren, das Trimetaphosphat-Ion in die Mischung einzubringen, sind für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet offensichtlich und gelten als selbstverständlich in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einbezogen. Beispielsweise ist es möglich, eine oder beide Deckplatten mit einem Trimetaphosphatsalz zuvor zu überziehen, so dass das Salz sich auflöst und das Trimetaphosphat-Ion dazu bringt, durch die Mischung zu wandern, wenn der Auftrag der wässrigen Mischung von gebranntem Gips mit der Deckplatte in Kontakt gelangt. Eine andere Alternative besteht in dem Mischen eines Trimetaphosphatsalzes mit Rohgips noch vor dessen Erhitzung unter Erzeugung von gebranntem Gips, so dass das Salz bereits vorhanden ist, wenn der gebrannte Gips mit Wasser gemischt wird, um die Rehydratation zu bewirken.
Andere alternative Methoden, das Trimetaphosphat-Ion in die Mischung einzubringen, ist die Zugabe des Trimetaphosphat-Ions zu dem abgebundenen Gips mit Hilfe irgendeiner beliebigen geeigneten Maßnahme, wie beispielsweise Spritzen oder Einweichen des abgebundenen Gipses mit einer Lösung, die Trimetaphosphat enthält. Es ist festgestellt worden, dass das Trimetaphosphat-Ion zu dem abgebundenen Gips durch konventionelle Papierkaschierungen wandern wird, wie sie bei der Verarbeitung von abgebundenem Gips verwendet werden.
Der in der Erfindung eingesetzte gebrannte Gips kann in Form und Konzentrationen eingesetzt werden, wie er sich typischerweise in entsprechenden Ausführungsformen im Stand der Technik als nützlich erwiesen haben. Es kann sich um α-Calciumsulfat-Halbhydrat, β-Calciumsulfat-Halbhydrat, wasserlösliches Calciumsulfat-Anhydrit oder Mischungen von beliebigen oder allen davon von natürlichen oder synthetischen Quellen handeln. In einigen bevorzugten Ausführungsformen wird α-Calciumsulfat-Halbhydrat wegen seiner Ausbeute an abgebundenem Gips eingesetzt, der eine relativ hohe Festigkeit hat. In anderen bevorzugten Ausführungsformen werden β-Calciumsulfat-Halbhydrat oder eine Mischung von β-Calciumsulfat-Halbhydrat und wasserlöslichem Calciumsulfat-Anhydrit eingesetzt.
In der Praxis der Erfindung können andere konventionelle Additive in üblichen Mengen eingesetzt werden, um die angestrebten Eigenschaften zu vermitteln und die Herstellung zu erleichtern, wie beispielsweise eine wässrige Aufschäumung, Härtungsbeschleuniger, Härtungsverzögerer, Recalcinierungshemmer, Bindemittel, Klebmittel, Dispergierhilfen, Verlaufmittel und Stellmittel, Eindicker, Bakterizide, Fungizide, pH-Regler, Farbmittel, verstärkende Materialien, Feuerhemmmittel, Wasserabweisungsmittel, Füllstoffe und Mischungen davon.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, in denen das Verfahren und die Zusammensetzung zum Herstellen einer Gipsplatte einen Kern aus abgebundenem Gips enthaltendem Material umfassen, das sandwichartig zwischen zwei Deckplatten eingeschlossen ist, wird Trimetaphosphat-Ion in den Konzentrationen und Formen eingesetzt, wie sie vorstehend beschrieben wurden. In anderer Hinsicht können die Zusammensetzung und das Verfahren mit den gleichen Komponenten und in der gleichen Weise ausgeführt werden wie die entsprechenden Zusammensetzungen und Verfahren zum Herstellen von Gipsplatten bekannter Ausführung, die beispielsweise in den US-P-4 009 062 und 2 985 219 beschrieben wurden, deren Offenbarungen hiermit als Fundstelle einbezogen sind. Unter Anwendung dieser bevorzugten erfindungsgemäßen Zusammensetzung und des Verfahrens erzeugte Platten zeigen eine verbesserte Festigkeit, Beständigkeit gegenüber bleibender Verformung und Dimensionsstabilität.
In bevorzugten Verfahren und Zusammensetzungen zum Herstellen von Gipsplatten, in denen die Außenflächen der Platte Papier aufweisen, kann auch eine vorgelatinierte Stärke zum Einsatz gelangen, um das ansonsten leicht erhöhte Risiko einer Papierablösung unter Bedingungen extremer Feuchtigkeit zu vermeiden. Das Vorgelatinieren von Rohstärke wird erreicht, indem diese in Wasser bei Temperaturen von mindestens 185°F gekocht wird, oder mit Hilfe anderer gut bekannter Methoden.
Einige Beispiele für leicht verfügbare vorgelatinierte Stärken, die im Sinne der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind (bezeichnet mit ihren Handelsnamen): PCF-1000-Stärke, verfügbar bei Lauhoff Grain Co.; und AMERIKOR 818- und HQM PREGEL-Stärken, die beide bei Archer Daniels Midland Co. verfügbar sind.
Um in einer bevorzugten Praxis der Erfindung zur Anwendung zu gelangen, wird die vorgelatinierte Stärke in der wässrigen Mischung von gebranntem Gips mit einer Konzentration von etwa 0,08% bis etwa 0,5 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des gebrannten Gipses einbezogen. Eine bevorzugte Konzentration vorgelatinierter Stärke liegt bei etwa 0,16% bis etwa 0,4%. Eine mehr bevorzugte Konzentration beträgt etwa 0,3%. Wenn die entsprechende Ausführungsform nach dem Stand der Technik auch eine Stärke enthält, die nicht vorgelatiniert worden ist (was bei vielen der Fall ist), kann die vorgelatinierte Stärke in der erfindungsgemäßen Ausführungsform auch dazu dienen, die gesamte oder ein Teil der Menge der Stärke in der bekannten Ausführungsform zu ersetzen, die normalerweise eingesetzt wird.
In den Ausführungsformen der Erfindung, bei denen ein Schaumbildner eingesetzt wird, um Hohlräume in dem abgebundenen Gips enthaltenden Produkt zu erzeugen und ein leichteres Gewicht zu gewähren, können alle beliebigen konventionellen Schaumbildner eingesetzt werden, von denen bekannt ist, dass sie bei der Herstellung von geschäumten, abgebundenen Gips enthaltenden Produkten verwendbar sind. Viele dieser Schaumbildner sind gut bekannt und kommerziell leicht verfügbar, wie beispielsweise bei der GEO Specialty Chemicals in Ambler, Pennsylvania. Hinsichtlich weiterführender Beschreibungen verwendbarer Schaumbildner siehe beispielsweise die US-P-4 676 835, 5 158 612, 5 240 639 und 5 643 510; und die PCT-Patentveröffentlichung WO 95/16515, veröffentlicht am 22. Juni, 1995.
In vielen Fällen werden vorzugsweise relativ große Hohlräume in dem Gipsprodukt erzeugt, um das Aufrechterhalten der Festigkeit des Produktes zu unterstützen. Dieses kann dadurch erfolgen, dass ein Schaumbildner eingesetzt wird, der einen Schaum erzeugt, der relativ unstabil ist, wenn er sich mit der Aufschlämmung von gebranntem Gips in Kontakt befindet. Vorzugsweise wird dieses erreicht, indem eine größere Menge des Schaumbildners, von dem die Erzeugung eines relativ unstabilen Schaums bekannt ist, abgemischt wird mit einer geringeren Menge eines Schaumbildners, von dem bekannt ist, dass er einen relativ stabilen Schaum erzeugt.
Ein solches Gemisch von Schaumbildner kann außerhalb der Verarbeitungsreihe vorgemischt werden, d.h. separat von dem Verfahren zur Herstellung des aufgeschäumten Gipsproduktes. Allerdings erfolgt das Abmischen derartiger Schaumbildner bevorzugt gleichzeitig und kontinuierlich als ein "On-line"-Bestandteil des Prozesses. Dieses kann erzielt werden, indem beispielsweise separate Ströme der verschiedenen Schaumbildner gepumpt werden und die Ströme an dem Schaumerzeuger oder unmittelbar davor zusammengeführt werden, der zum Erzeugen des Stromes der wässrigen Aufschäumung eingesetzt wird, wonach dieses in die Aufschlämmung des gebrannten Gipses eingeführt und gemischt wird. Indem auf diese Weise gemischt wird, lässt sich das Verhältnis von Schaumbildnern in dem Gemisch mühelos und wirksam einstellen (beispielsweise durch Änderung des Durchsatzes von einem oder beiden separaten Strömen), um die gewünschte Hohlraumcharakteristik in dem geschäumten, abgebundenen Gips enthaltenden Produkt zu erzielen. Eine solche Einstellung erfolgt nach einer Untersuchung des Endproduktes, um zu festzustellen, ob eine solche Einstellung notwendig ist. Eine weiterführende Beschreibung eines solchen "on-line"-Abmischens und Einstellens findet sich in der US-P-S 643 510 und in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung 08/577 367, eingereicht am 22. Dezember, 1995.
Ein Beispiel für einen der Vertreter der Schaumbildner, die zur Erzeugung unstabiler Schäume verwendbar sind, hat die Formel: ROSO_3⊖M_⊕ (Q)worin R eine Alkylgruppe ist, die 2 bis 20 Kohlenstoffatome enthält, und M ein Kation ist. Vorzugsweise ist R eine Alkylgruppe, die 8 bis 12 Kohlenstoffatome enthält. Ein Beispiel für einen der Vertreter der Schaumbildner, die zur Erzeugung stabiler Schäume verwendbar sind, hat die Formel: CH₃(CH₂)_xCHz(OCH₂CH₂)_YOSO_3⊖M_⊕ (J)worin X eine Zahl von 2 bis 20 ist, Y ist eine Zahl von Null bis 10 und die größer als Null in mindestens 50 Gew.-% des Schaumbildners ist, und wobei M ein Kation ist.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden Schaumbildner mit den vorgenannten Formeln (Q) und (J) miteinander gemischt, so dass der Schaumbildner mit der Formel (Q) und der Anteil des Schaumbildners mit der Formel (J), worin Y Null ist, dass sie zusammen 86% bis 99 Gew.-% des resultierenden Gemisches von Schaumbildnern ausmachen.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die wässrige Aufschäumung aus einem vorgemischten Schaumbildner mit der Formel Z erzeugt worden: CH₃(CH₂)_xCH₂(OCH₂CH₂)_YOSO_3⊖M_⊕ (Z)worin X eine Zahl von 2 bis 20 ist, Y ist eine Zahl von Null bis 10 und ist Null in mindestens 50 Gew.-% des Schaumbildners, wobei M ein Kation ist. Vorzugsweise ist Y Null in 86% bis 99 Gew.-% des Schaumbildners der Formel (Z).
In einigen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen, in denen das Verfahren und die Zusammensetzung zum Herstellen einer Verbundplatte abgebundenen Gips umfasst und Partikel eines verfestigenden Materials, wird Trimetaphosphat-Ion in den Konzentrationen und der Form eingesetzt, wie sie vorstehend beschrieben wurden. Besonders bevorzugt weist das Verbundprodukt abgebundenen Gips und Wirtspartikel auf, wobei mindestens ein Teil des abgebundenen Gipses sich in und um den zugänglichen Hohlräumen in den Wirtspartikeln befindet. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung weist eine Mischung auf aus: Wirtspartikeln mit zugänglichen Hohlräumen darin; gebrannten Gips, wovon mindestens ein Teil in Form von Kristallen in und um den Hohlräumen in den Wirtspartikeln vorliegt; sowie ein wasserlösliches Trimetaphosphatsalz. Die Zusammensetzung kann mit Wasser gemischt werden, um eine erfindungsgemäße Mischung von Wasser, Wirtspartikeln mit zugänglichen Hohlräumen darin, gebrannten Gips (wovon mindestens ein Teil in Form von Kristallen in und um den Hohlräumen in den Wirtspartikeln vorliegt) sowie Trimetaphosphat-Ionen. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines solchen Gemisches, dessen Aufbringung auf eine Oberfläche oder in eine Form und dieses abbinden und trocknen lassen. In anderer Hinsicht können die Zusammensetzung und das Verfahren mit den gleichen Komponenten und in der gleichen Weise wie die entsprechenden Zusammensetzungen und Verfahren zum Herstellen von Verbundplatten bekannter Ausführung praktiziert werden, wie beispielsweise in der US-P-S 320 677 beschrieben worden ist, deren Offenbarung hiermit als Fundstelle einbezogen ist.
In einigen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungen, in denen das Verfahren und die Zusammensetzung zum Herstellen eines bearbeitbaren Materials dienen, wird das Trimetaphosphat-Ion in den Konzentrationen und der Form eingesetzt, wie sie vorstehend beschrieben wurden. In einigen bevorzugten Formen dieser Ausführungsformen weist die Zusammensetzung eine Mischung von gebranntem Gips auf, ein wasserlösliches Trimetaphosphatsalz, eine Stärke und Partikel eines in Wasser redispergierbaren Polymers. Die Zusammensetzung kann mit Wasser gemischt werden, um eine erfindungsgemäße Mischung von Wasser, gebranntem Gips, Trimetaphosphat-Ion, Stärke und Partikeln von in Wasser redispergierbarem Polymer zu erzeugen. Das Verfahren umfasst das Erzeugen einer solchen Mischung, ihre Aufbringung auf eine Oberfläche oder ihre Einbringung in eine Form und diese abbinden und trocknen lassen. Im Zusammenhang mit anderen Aspekten als der Einbeziehung von Trimetaphosphatsalzen und -Ionen, können die Zusammensetzung und das Verfahren mit den gleichen Komponenten und in der gleichen Weise wie die entsprechenden Zusammensetzungen und Verfahren zum Herstellen von bearbeitbarem Estrichmaterial bekannter Ausführung praktiziert werden, wie sie beispielsweise in der US-P-S 534 059 beschrieben wurden, deren Offenbarung hiermit als Fundstelle einbezogen ist.
In einigen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen, in denen das Verfahren und die Zusammensetzung zum Erzeugen eines Materials dienen, das zum Fertigstellen einer Fuge zwischen Kanten von Gipsplatten eingesetzt wird, wird das Trimetaphosphatsalz oder -Ion in den vorstehend beschriebenen Konzentrationen eingesetzt. Im Bezug auf andere Aspekte als der Einbeziehung von Trimetaphosphatsalzen und -Ionen, können die Zusammensetzung und das Verfahren mit den gleichen Komponenten und in der gleichen Weise wie die entsprechenden Zusammensetzungen und Verfahren zum Herstellen eines Fugenmaterials bekannter Ausführung praktiziert werden, wie sie beispielsweise in der US-P-3 297 601 beschrieben wurden, deren Offenbarung hiermit als Fundstelle einbezogen ist. In einigen bevorzugten Formen solcher Ausführungsformen weist die Zusammensetzung eine Mischung von gebranntem Gips auf, ein wasserlösliches Trimetaphosphatsalz, ein Bindemittel, ein Eindickungsmittel und ein Stellmittel. Die Zusammensetzung kann mit Wasser gemischt werden, um eine erfindungsgemäße Mischung aus gebranntem Gips, Trimetaphosphat-Ion, Bindemittel, Eindicker und Stellmittel zu erzeugen. Das Verfahren umfasst das Erzeugen einer solchen Mischung, ihre Einbringung in eine Fuge zwischen den Kanten von Gipsplatten und dieses abbinden und trocknen lassen.
In derartigen bevorzugten Ausführungsformen von Vergussmassen werden das Bindemittel, der Eindicker und das Stellmittel aus den Komponenten gewählt, die der Fachwelt auf dem Gebiet der Vergussmassen gut bekannt sind. Beispielsweise kann das Bindemittel ein konventionelles Latex-Bindemittel sein, wobei Poly(vinylacetat) und Polyethylen-co-vinylacetat) bevorzugt sind und in einer Menge im Bereich von etwa 1% bis etwa 15 Gew.-% der Zusammensetzung einbezogen werden. Ein Beispiel für einen verwendbaren Eindicker ist ein Cellulose enthaltender Eindicker, z.B. Ethylhydroxyethylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Methylhydroxypropylcellulose oder Hydroxyethylcellulose, die in einer Menge im Bereich von etwa 0,1% bis etwa 2 Gew.-% der Zusammensetzung einbezogen werden. Beispiele für geeignete Stellmittel sind Attapulgit-, Sepiolit-, Bentonit- und Montmorillonit-Tone, die in einer Menge im Bereich von etwa 1% bis etwa 10 Gew.-% der Zusammensetzung einbezogen werden.
In einigen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen, in denen das Verfahren und die Zusammensetzung zum Herstellen einer Schallschluckplatte dienen, wird das Trimetaphosphat-Ion in den vorstehend beschriebenen Konzentrationen einbezogen. In einigen bevorzugten Formen solcher Ausführungsformen weist die Zusammensetzung eine Mischung von Wasser auf, gebrannten Gips, Trimetaphosphat-Ion, eine gelatinierte Stärke und Mineralwolle oder eine Mischung von Wasser, gebranntem Gips, Trimetaphosphat-Ion, einer gelatinierten Stärke, ausgedehnte Perlitpartikeln und einem Faserverstärkungsmittel. Das Verfahren umfasst das Erzeugen einer solchen Mischung, das Eingießen in eine Schale und dieses abbinden und trocknen lassen. Im Bezug auf andere Aspekte als die Einbeziehung von Trimetaphosphat-Ion können die Zusammensetzung und das Verfahren mit den gleichen Komponenten und in der gleichen Form wie die entsprechenden Zusammensetzungen und Verfahren zum Erzeugen von Schallschluckplatten bekannter Ausführung praktiziert werden, wie sie beispielsweise in den US-P-S 395 438 und 3 246 063 offenbart worden, deren Offenbarungen hiermit als Fundstelle einbezogen sind.
Die folgenden Beispiele werden zur weiteren Veranschaulichung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung und zu ihrem Vergleich mit Verfahren und Zusammensetzungen außerhalb des Geltungsbereiches der Erfindung geboten. Sofern nicht anders angegeben, sind die Konzentrationen von Materialien in den Zusammensetzungen und Mischungen in Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht des vorhandenen gebrannten Gipses angegeben. Die Abkürzung "STMP" steht für Natriumtrimetaphosphat und die Abkürzung "TMP" steht für Trimetaphosphat.
BEISPIEL 1
LABOR-DRUCKFESTIGKEITSWÜRFEL
Es wurden Proben von Gips enthaltenden Produkten, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, hinsichtlich der Druckfestigkeit mit Proben verglichen, die unter Anwendung unterschiedlicher Verfahren und Zusammensetzungen hergestellt wurden. Die zum Einsatz gelangende Testprozedur stand im Einklang mit dem Standard ASTM C 472-93.
Es wurden Proben hergestellt durch Trockenmischen von 500 g β-Calciumsulfat-Halbhydrat; 0,6 g eines Abbindebeschleunigers, der fein gemahlene Partikel aus Calciumsulfat-Dihydrat beschichtet mit Zucker aufwies, um seine Wirksamkeit aufrecht zu erhalten, und entsprechend der Beschreibung in der US-P-3 573 947, deren Offenbarung hiermit als Fundstelle einbezogen ist, erhitzt; sowie 0 g Additiv (Kontrollproben), 0,5 bis 2 g STMP (bevorzugte erfindungsgemäße Proben) oder 0,5 bis 2 g andere Phosphat-Additive (Vergleichsproben). Die Proben wurden sodann mit 700 ml Leitungswasser mit einer Temperatur von 70°F in einem 21-WARING-Mischer gemischt und für 5 Sekunden einweichen gelassen und mit geringer Drehzahl für 10 Sekunden gemischt. Die auf diese Weise erzeugten Aufschlämmungen wurden in Formen gegossen, um Würfel herzustellen (Seitenlänge 2 inch). Nach dem Abbinden des Calciumsulfat-Halbhydrates unter Erzeugung von Gips (Calciumsulfat-Dihydrat) wurden die Würfel aus den Formen entnommen und in einem belüfteten Ofen für mindestens 72 Stunden bei 112°F oder so lange getrocknet, bis ihre Gewichtskonstanz erreicht wurde. Die getrockneten Würfel hatten eine Dichte von etwa 44 "pounds per cubic foot" (pcf.).
Es wurde die Druckfestigkeit jedes der trockenen Würfel auf einer SATEC-Prüfmaschine gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 nachfolgend in Form der Mittelwerte von drei getesteten Proben zusammengestellt. Die Festigkeitswerte für die Kontrollproben variierten, da unterschiedliche Quellen von β-Calciumsulfat-Halbhydrat und/oder unterschiedliche Chargen von β-Calciumsulfat-Halbhydrat eingesetzt wurden. Die Ergebnisse in der Tabelle sind in Form der gemessenen Druckfestigkeit in "pounds per square inch" (psi) aufgeführt sowie die prozentuale Änderung der Festigkeit über der entsprechenden Kontrolle (%Δ). Die Messwerte wurden mit einem Versuchsfehler von etwa ±5% bestimmt (so hat eine angegebene Festigkeitszunahme gegenüber einer Kontrolle von 10% tatsächlich eine solche irgendwo im Bereich von 5 bis 15%).
TABELLE 1 Druckfestigkeit
Die Daten in Tabelle 1 veranschaulichen, dass die erfindungsgemäßen Proben (STMP) im Allgemeinen wesentlich erhöhte Festigkeit gegenüber den Kontrollen zeigten, während die Vergleichsproben im Allgemeinen eine sehr geringe oder keine Festigkeitszunahme oder sogar eine deutliche Festigkeitsabnahme zeigten.
BEISPIEL 2
BESTÄNDIGKEIT GEGEN BLEIBENDE VERFORMUNG (LABORGIPSPLATTEDURCHHANGWIDERSTAND)
Es wurden Proben von Gips enthaltenden Platten in einem Labor gemäß der Erfindung hergestellt und im Bezug auf Beständigkeit gegenüber bleibender Verformung mit Probeplatten verglichen, die unter Anwendung von Verfahren und Zusammensetzungen außerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung hergestellt wurden.
Die Proben wurden hergestellt, indem in einem 51-WARING-Mischer für 10 Sekunden bei geringer Drehzahl gemischt wurden: 1,5 kg β-Calciumsulfat-Halbhydrat; 2 g Beschleuniger wie vorstehend definiert; 2 l Leitungswasser und 0 g Additiv (Vergleichsproben), 3 g STMP (erfindungsgemäße Proben) oder 3 g andere Additive (Vergleichsproben). Die auf diese Weise erzeugten Aufschlämmungen wurden in Schalen gegossen, um Proben von flachen Gipsplatten herzustellen, die jeweils Abmessungen von 6 inch × 24 inch × ½ inch hatten. Nachdem das Calciumsulfat-Halbhydrat unter Erzeugung von Gips (Calciumsulfat-Dihydrat) abgebunden war, wurden die Platten in einem Ofen bei 112°F getrocknet bis zur Gewichtskonstanz. Das gemessene Endgewicht jeder Platte wurde aufgezeichnet. Auf diesen Platten wurde keine Papierkaschierung aufgebracht, um den Einfluss von Papierabdeckungen auf den Durchhangwiderstand unter angefeuchteten Bedingungen zu vermeiden.
Jede getrocknete Platte wurde sodann in eine horizontale Position auf zwei 0,5 inch breiten Unterlagen gelegt, deren Länge die volle Breite der Platte überragte mit jeweils einer Unterlage an jedem Ende der Platte. Die Platten blieben in dieser Position für eine vorgegebene Zeitdauer (in diesem Beispiel 4 Tage) unter anhaltenden Umgebungsbedingungen einer Temperatur von 90°F und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90%. Das Maß des Durchhängens der Platte wurde sodann bestimmt, indem der Abstand (in inch) von der Mitte der Oberseite der Platte von der imaginären horizontalen Ebene gemessen wurde, die sich zwischen den Oberkanten der Plattenenden erstreckt. Die Beständigkeit gegenüber bleibender Verformung der abgebundenen Gipsmatrix der Platte wird als umgekehrt proportional zu dem Maß des Durchhängens der Platte betrachtet. Je größer somit das Maß des Durchhängens ist, um so geringer ist der relative Widerstand gegenüber bleibender Verformung der die abgebundene Gipsmatrix aufweisenden Platte.
Die Tests auf Beständigkeit gegenüber bleibender Verformung sind in Tabelle 2 aufgezeichnet, worin die Zusammensetzung und Konzentration (in Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Calciumsulfat-Halbhydrats) des Additivs einbezogen sind, das Endgewicht der Platte und das Maß des gemessenen Durchhanges. Die in den Vergleichsbeispielen eingesetzten Additive (außerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung) sind für andere Materialien repräsentativ, die mit dem Versuch zur Verbesserung des Widerstands der Gipsplatte gegen Durchhängen unter Bedingungen hoher Feuchtigkeit eingesetzt wurden.
TABELLE 2 Maß des Durchhängens der Gipsplatte
Die Daten in Tabelle 2 veranschaulichen, dass die gemäß der Erfindung hergestellte Platte (STMP) gegenüber Durchhängen sehr viel beständiger war (und damit sehr viel beständiger gegenüber bleibender Verformung) als die Kontrollplatte und die nichterfindungsgemäßen Vergleichsplatten. Darüber hinaus hatte die gemäß der Erfindung hergestellte Platte einen Durchhang, der sehr viel kleiner als 0,1 inch Durchhang pro 2 ft. der Platte war und damit für das bloße Auge nicht wahrnehmbar war.
BEISPIEL 3
BESTÄNDIGKEIT GEGEN BLEIBENDE VERFORMUNG (DURCHHANGWIDERSTAND EINER GIPSPLATTE DER FERTIGUNGSREIHE)
In 1 ist ein Vergleich des Produktgewichtes dargestellt und der Durchhangwiderstand dieser Produkte in 2 und 3 gezeigt. Das Produktgewicht einer ½''-Innen-Deckenplatte gemäß der vorliegenden Erfindung (d.h. Zumischen von Trimetaphosphat mit gebranntem Gips und Wasser) hatte das gleiche Gewicht wie eine reguläre ½'' SHEETROCK^® Gipsplatte, die von der United States Gypsum Company hergestellt wird. Der Mittelwert von ½'' der Innendeckenplatte, die in 1 gezeigt ist, betrifft die Gold Bond^® High Strength Ceiling Board, hergestellt von der National Gypsum Company. Der Mittelwert von 5/8'' Gipsplatte, der in 1 gezeigt ist, betrifft SHEETROCK^® 5/8'' Firecode Typ X, eine von der United States Gypsum Company hergestellte Gipsplatte.
2 ist ein graphischer Vergleich des Durchhangwiderstandes einer gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Gipsplatte mit kommerziell verfügbaren Gipsplatten entsprechend der vorstehenden Beschreibung, wobei alle getesteten Platten unter Anwendung konventioneller geklammerter und geschraubter Deckenhalterungen eingebaut wurden.
3 ist ein graphischer Vergleich des Durchhangwiderstandes einer gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Gipsplatte mit kommerziell verfügbaren Gipsplatten entsprechend der vorstehenden Beschreibung, wobei alle getesteten Platten unter Verwendung von konventionellem F2100-Zweikomponenten-Urethanklebstoff für Deckenmontage eingebaut wurden.
Die Einzelheiten für die Gipsplatten und anderen Konstruktionsdetails für die Herstellung von Decken, die in den in 2 und 3 gezeigten Durchhangvergleichen verwendet wurden, waren die Folgenden:

A. Gipsplatte
1. ½ inch × 48 inch × 96 inch, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung
2. ½ inch × 48 inch × 96 inch National Gypsum Company Gold Bond^® High Strength Ceiling Board (Deckenplatte mit hoher Festigkeit)
3. ½ inch × 48 inch × 96 inch reguläre SHEETROCK^®-Gipsplatte, hergestellt von der United States Gypsum Company
4. 5/8 inch × 48 inch × 96 inch SHEETROCK^® Firecode Typ X-Gipsplatte, hergestellt von der United States Gypsum Company.
B. Hängerwerke – 18 inch hoch × 102 inch lang, hergestellt aus Kantholz mit Nennmaß von 2 inch × 3 inch von R J. Cole, Inc. Verbundmasse – USG Tuff Set HES-Verbundmasse. Abdeckband – USG-Fiberglas-Maschen-selbstklebendes Abdeckband.
C. Dampfsperre – #4512 Silver Vapor Barrier, Artikel: 246900.
D. Dämmung – Delta Blowing Insulation, geblasene Wolle, Rockwool Mineralfaser.
E. Spritztextur – USG SHEETROCK^® Ceiling Spray Texture Q T medium poly.
F. Befestigungen – 1 inch c. × 1¼ inch lg. × Ga. Klammern und #6 × 1¼ lg. Trockenwandschrauben. F2100-Zweikomponenten-Urethanklebmittel von der Foamseal, Inc.

DECKENKONSTRUKTION

A. 2'' × 4'' Holzprofielen, angebracht an beiden Enden der Hängewerke zur Herstellung des Hängerahmens.
B. Zwölf (12) Stück Gipsplatten werden an dem Hängewerk mit F2100 Kleber angebracht. Es wurde eine mittlere Wulstbreite von 1 inch auf den Gipsplatten gemessen.
C. Die Decke wurde behutsam angehoben und auf die Oberseite der zuvor zusammengefügten vier Wände gesetzt, um einen Raum mit 8 ft. × 48 ft. zu bilden.
D. Der Deckenzusammenbau wurde auf die obere Platte der Wände mit #8 × 3 ½ inch-Schrauben um den Umfang befestigt. Eine zweite Decke wurde unter Verwendung von Schrauben und Klammern gebaut, um die Gipsplatten an dem Rahmenwerk anzubringen. Diese wurde ebenfalls angehoben und auf den vier (4) Wänden aufgesetzt.

Zwei (2) Decken wurden unter Verwendung von drei (3) Platten des jeweiligen Typs der Gipsplatte in jeder Decke verwendet. Die eine Decke wurde mechanisch befestigt (siehe 2), während die andere Decke lediglich mit F2100-Urethankleber (siehe 3) befestigt wurde. Die Gipsplatten wurden aufgelegt mit wechselnden Gipsplattentypen entlang den Decken. Die Rahmenwerke, die verwendet wurden, hatten eine Länge von 8 ft. 5 inch × 18 inch Höhe und einen Abstand von 24 inch zur Mitte ("o.c.").
Bei der mechanisch befestigten Decke wurden Klammern mit 1 inch Krone × 1¼ inch Länge × 16 Ga mit 7 inch o.c. entlang der Säume verwendet sowie #6 × 1¼ inch lange Trockenwandschrauben mit 12 inch o.c. entlang der Rahmenfelder.
Bei der klebend montierten Decke wurde eine Wulst von näherungsweise 1¼ inch entlang des Rahmenwerkes verwendet. Es wurde eine Wulst auf der einen Seite des Rahmenfeldes verwendet und eine Wulst entlang beider Seiten des Rahmenwerkes an den Gipsstößen.
Die Gipsplatte wurde mit Papier umwickelten Kanten parallel ausgerichtet zu den Rahmenschnüren angebracht.
Die Anfangsposition wurde gemessen, nachdem die Gipsstöße mit Band abgedeckt wurden. Anschließend wurden die Decken mit einem Anstrich für Dampfsperre gestrichen und erhielten eine Spritztextur. Unmittelbar nach dem Putzen wurde eine zweite Ablesung genommen. Die Mineralwolledämmung wurde sodann in den oberen Raum der Rahmenwerke geblasen. Es wurde eine dritte Ablesung genommen. Die Temperatur und Feuchtigkeit wurden während der Dauer des Einblasens der Dämmung erhöht. Die Zieltemperatur und -feuchtigkeit betrug 90°F bzw. 90% relative Luftfeuchtigkeit. Diese Bedingungen wurden für sieben (7) Tage gehalten, währenddessen Auslenkungen an jedem Morgen und Nachmittag gemessen wurden. Nach Ablauf der sieben Tage wurde der Raum geöffnet und auf Umgebungstemperatur abgesenkt. Die Durchhangmessungen wurden für drei (3) weitere Tage abgelesen und der Test sodann beendet.
Wie aus den 2 und 3 zu entnehmen ist, liefern gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte Gipsplatten einen deutlich überlegenen Durchhangwiderstand gegenüber anderen Gipsplatten und blieben unterhalb der Schwelle von etwa 0,1 inch Durchhang bezogen auf eine Länge von 2 ft. Platte, der mit bloßem Auge wahrnehmbar war.
BEISPIEL 4
NAGELZUGWIDERSTAND EINER LABORGIPSPLATTE
Es wurden im Labor gemäß der Erfindung hergestellte Proben von typischen papierkaschierten Gipsplatten mit Kontrollplatten im Bezug auf den Nagelzugwiderstand verglichen. Der Nagelzugwiderstand ist ein Maß für eine Kombination der Festigkeiten des Kerns der Gipsplatte, seiner Papierkaschierungen und der Bindung zwischen dem Papier und dem Gips. Mit dem Test wird die maximale Kraft gemessen, die zum Ziehen eines Nagels mit einem Kopf durch die Platte erforderlich ist, bis ein größerer Riss der Platte auftritt, und wird nach dem Standard ASTM C 473-95 ausgeführt.
Es wurden Aufschlämmungen angesetzt, indem in einem HOBART-Mischer für 40 Sekunden bei mittlerer Drehzahl gemischt wurden: 3,0 kg β-Calciumsulfat-Halbhydrat; 5 g Beschleuniger, wie er vorstehend festgelegt wurde; 10 g LC-211-Stärke (eine trocken gemahlene, säuremodifizierte und nicht vorgelatinierte Weizenstärke, die typischerweise in Zubereitungen für Gipsplatten bekannter Ausführung einbezogen wird und kommerziell verfügbar ist bei Archer Daniels Midland Milling Co.); 20 g feine Hammermühle-Papierfaser; 3 l Leitungswasser; Null bis 6 g STMP und Null bis 30 g PCF-1000 als vorgelatierte Maisstärke, die kommerziell bei Lauhoff Grain Co. verfügbar ist.
Die auf diese Weise erzeugten Aufschlämmungen wurden in Schalen auf dem Papier gegossen und erhielten zur Abdeckung ihrer Oberfläche ein Papier aufgelegt, um so flache Gipsplattenproben herzustellen, die jeweils Abmessungen von 14 inch × 24 inch × 0,5 inch hatten. Das Papier auf der einen Seite war mehrlagig mit äußeren Manila-Lagen und das Papier auf der anderen Oberfläche mehrlagiges Zeitungspapier, die beide typisch für Papiere sind, die zur Herstellung einer papierkaschierten Gipsplatte in der Plattenindustrie eingesetzt werden. Jede Platte wurde sodann in einen Ofen bei 350°F bis zu einem Verlust von 25 Gew.-% gehalten und anschließend in einen Ofen bei 112°F gegeben und gehalten, bis Gewichtskonstanz erreicht wurde.
Das Gewicht der fertigen Platte und der Nagelzugwiderstand wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
TABELLE 3 Nagelzugwiderstand
Die Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, dass die gemäß der Erfindung hergestellten Platten eine höhere Gesamtfestigkeit (Nagelzugwiderstand) im Vergleich zu Kontrollplatten zeigten.
BEISPIEL 5
DIMENSIONSSTABILITÄT UND BESTÄNDIGKEIT GEGENÜBER BLEIBENDER VERFORMUNG EINER GIPSPLATTE AUS DER FERTIGUNGSREIHE
Es wurden papierkaschierte geschäumte Gipsplatten auf einer typischen Fertigungsreihe in normaler Größe in einem Werk zur Fertigung von Gipsplatten hergestellt. Die Platten wurden mit unterschiedlichen Konzentrationen von Trimetaphosphat-Ion hergestellt und mit Kontrollplatten (hergestellt ohne Trimetaphosphat-Ion) in Bezug auf Dimensionsstabilität und Beständigkeit gegenüber bleibender Verformung verglichen. Mit Ausnahme der Einbeziehung von Trimetaphosphat-Ion in der Herstellung einiger Platten wurden die Platten unter Anwendung von Verfahren und Bestandteilen hergestellt, die für Verfahren und Bestandteile der Gipsplattenproduktion nach dem Stand der Technik typisch sind. Die Bestandteile und ihre ungefähren prozentualen Gewichtsanteile (angegeben als relativ enge Bereiche bezogen auf das Gewicht des eingesetzten gebrannten Gipses) sind in Tabelle 4 zusammengestellt.
TABELLE 4 Inhaltsstoffe der Gipsplattenproduktion
In Tabelle 4: der Härtungsbeschleuniger wies fein gemahlene und mit Zucker überzogene Partikel aus Calciumsulfat-Dihydrat entsprechend der Beschreibung in der US-P-3 573 947 auf, wobei der Beschleuniger während seiner Herstellung nicht erhitzt wurde; die Stärke war trocken gemahlene und säuremodifizierte HI-BOND-Stärke, die kommerziell von Lauhoff Grain Co., erhalten werden kann; das Dispergiermittel war DILOFLO, ein kommerziell bei GEO Specialty Chemicals, Ambler, Pennsylvania, erhältliches Naphthalensulfonat; die Papierfaser war feine Hammermühlen-Papierfaser; der Härtungsverzögerer war VERSENEX 80, ein Komplexbildner, der kommerziell bei Van Walters & Ropers, Kirkland, Washington, erhalten werden kann; der Schaumbildner war WITCOLATE 1276, kommerziell bei Witco Corp. of Greenwich, Connecticut, zu erhalten; das Natriumtrimetaphosphat wurde kommerziell von Monsanto Co., St. Louis, Missouri, erhalten; und der Recalcinierungshemmer war CERELOSE 2001, bei dem es sich um eine Dextrose handelt, die zur Verringerung der Recalcinierung der Plattenenden während des Trocknens eingesetzt wird.
Die Platten wurden auf einer kontinuierlichen Fertigungsreihe mit einer Breite von 4 ft. erzeugt, indem: die Inhaltsstoffe in einem Mischer kontinuierlich eingeführt und gemischt wurden, um eine wässrige Aufschlämmung zu erzeugen (der Schaumbildner wurde zur Erzeugung einer wässrigen Aufschäumung in einem separaten Schaumerzeugungssystem verwendet; der Schaum wurde sodann in die Aufschlämmung durch den Mischer eingeführt); die Aufschlämmung wurde kontinuierlich auf den Papier-Abdeckbogen (Oberseitenpapier) auf einem Förderband aufgebracht und ein weiterer Papier-Abdeckbogen (Unterseitenpapier) auf die aufgebrachte Aufschlämmung gelegt, um eine Platte mit einer Dicke von 0,5 inch zu erzeugen; sobald die Hydratation des Calciumsulfat-Halbhydrates unter Erzeugung von Calciumsulfat-Dihydrat weit genug ablief, um eine ausreichend harte Aufschlämmung zum genauen Abtrennen zu erzeugen, so wurde die sich bewegende Platte zur Erzeugung einzelner Platten mit etwa 12 ft. × 4 ft. und 0,5 inch Dicke getrennt und die Platten in einem beheizten Etagenofen getrocknet.
Sodann wurde die Beständigkeit gegenüber bleibende Verformung der Platten ermittelt, indem der Durchhang entsprechend der Beschreibung in Beispiel 2 mit der Ausnahme gemessen wurde, dass die Platten, die getestet wurden, aus den Produktionsplatten ausgeschnittene Abschnitte von etwa 1 ft × 4 ft (die Abmessung 1 ft liegt in Richtung der Fertigungsreihe, d.h. in einer parallelen Richtung) hatten. Die Messung des Durchhanges wurde nach einem Konditionieren der Platten in einer Umgebung einer Temperatur von 90°F und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90% für 24, 48 und 96 Stunden ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 für die erfindungsgemäßen Proben zusammengestellt, die mit unterschiedlichen Konzentrationen von Trimetaphosphat-Ion erzeugt wurden, sowie für die Kontrollproben (0% Natriumtrimetaphosphat), die unmittelbar vor und nach den erfindungsgemäßen Proben erzeugt wurden.
TABELLE 5 Durchhang der Gipsplatte aus der Fertigungsreihe (1 ft × 4 ft-Platte)
Die Daten in Tabelle 5 veranschaulichen, dass die gemäß der Erfindung hergestellten Platten zunehmend beständiger gegenüber Durchhang waren (und damit zunehmend beständiger gegenüber bleibender Verformung) als die Kontrollplatten in dem Maße, in dem die STMP-Konzentration erhöht wurde.
Der durch die Zusammensetzungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung vermittelte Durchhangwiderstand ist nochmals in Tabelle 5A dargestellt. Tabelle 5A zeigt spezieller einen Durchhangwiderstand, d.h. eine Durchbiegung unter angefeuchteten Bedingungen gemäß Standard ASTM C 473-95 einer Gipsplatte der Fertigungsreihe mit den Abmessungen 1 ft × 2 ft und der gleichen Zubereitung, wie sie in der vorstehenden Tabelle 4 angegeben ist. Tabelle 5A zeigt die gleichen Trends hinsichtlich des Durchhangwiderstandes nach Standard ASTM C 473-95 wie die des Durchhangwiderstandes für längere Platten (1 ft × 4 ft) der in 5 gezeigt ist.
TABELLE 5A Ergebnisse nach ASTM C 473-95 für Gipsplatten der Fertigungsreihe im Durchbiegungsversuch unter angefeuchteten Bedingungen
Es wurden auch sowohl nasse Produktionsplatten mit 12 ft × 4 ft und fertig getrocknete Produktionsplatten mit 12 ft × 4 ft gemessen (nach Standard ASTM C 473-95), um den Schrumpfungsbetrag über ihren Breiten und Längen nach dem Trocknen zu bestimmen. Je mehr die Platten schrumpfen, um so geringer ist ihre Dimensionsstabilität. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 zusammengestellt.
TABELLE 6 Schrumpfung der Gipsplatte einer Fertigungsreihe
Die Daten in Tabelle 6 zeigen, dass die gemäß der Erfindung hergestellten Platten dimensionsstabiler als Kontrollplatten waren. Bei einem STMP-Zusatz von 0,04% und darüber wurde keine Schrumpfung über die Länge oder Breite festgestellt.
BEISPIEL 6
DURCHHANGWIDERSTAND UNTER BEFEUCHTETEN UND KONDENSATIONSBEDINGUNGEN (GIPSPLATTE DER FERTIGUNGSREIHE)
Ein zusätzlicher Test veranschaulicht den Durchhangwiderstand, der von den Zusammensetzungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung vermittelt wird. Spezieller wurden Deckenplatten einer Fertigungsreihe getestet, wobei eine kontrollierte Kondensation an einer zwischen der Deckenplatte und den Stößen eingesetzten Dampfsperre zugelassen wurde. Die Methode für diesen Test läuft wie folgt ab. Es wurde eine kleine Dachkammer und ein geschlossener Raum gebaut. Die Dachkammer wurde an ihrer Oberseite und an den Seiten gedämmt und kühl gehalten, um eine kontrollierte Kondensation an der Decke zu erhalten. Die Deckenfläche betrug 8 ft × 8 ft mit einem Hängewerkrahmen von 2 ft × 8 ft und 24 inch o.c. Der Raum war durch eine Poly-Dampfspene von 6 mil an seiner Oberseite und an den Seiten abgeschlossen und es wurde die Feuchtigkeit in dem Raum erhöht, um an der Decke eine kontrollierte Kondensation zu erhalten.
An den Hängewerken wurden Seite-an-Seite zwei Platten mit 4 ft × 8 ft des Testmaterials angebracht (ein Versuchsprodukt und eine Kontrolle), wobei die Polyethylen-Dampfspene mit 6 mil unmittelbar oberhalb der Platte aufgelegt wurde. Die Plattenenden waren nicht befestigt. Die Feuchtigkeit in dem Raumabschnitt wurde sodann über Verdunster erhöht, während die Temperatur in der Dachkammer unter Verwendung einer Fenster-Klimaanlage herabgesetzt wurde. Der Dampfaustritt des Befeuchters wurde so eingestellt, bis eine konstante Kondensation an der Dampfsperre oberhalb der Deckenplatte auftrat. Es wurde kein Versuch unternommen, die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit während des Tests konstant zu halten. Die Ergebnisse sind daher als ein relatives Maß für den Durchhangwiderstand zwischen den Versuchsprodukten und den Kontrollprodukten zu sehen und nicht als ein Versuch zur Vorhersage des Betrages des Durchhanges in einer definierten konstant gehaltenen Umgebung.
Sodann wurde der Deckendurchhang regelmäßig an drei Stellen entlang der Platte gemessen (den mittleren Abstand zwischen jedem Paar der Hängewerke), womit insgesamt sechs Ablesungen für die Durchbiegung pro Produkt pro Versuch erhalten wurden. Die Temperatur der Dachkammer und des abgeschlossenen Raumes wurde ebenfalls bei jeder Messung aufgezeichnet.
Pour l'information de référence, les conditions théoriques du point de rosée (en faisant l'hypothèse d'une température de la pièce constante de 70°F) sont montrées ci-dessous.
Es wurde ein Test über eine Dauer von 19 Tagen mit dem folgenden Material ausgeführt: eine gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte 0,5 inch-Gipsplatte einer Fertigungsreihe; eine 5/8 inch Firecode Typ X-Gipsplatte, wie sie vorstehend beschrieben wurde. Die Ergebnisse sind in 4 dargestellt und zeigen, dass die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Platte einen durchweg geringeren Durchhang als die Kontrolle hatte, d.h. die 5/8 inch Firecode Typ X-Gipsplatte entsprechend der vorstehenden Beschreibung.
In diesem Test wurde eine verteilte Last von 1,0 lb/ft-Länge in der Feldmitte zwischen dem jeweiligen Rahmenwerk unmittelbar nach der Ablesung am Tag 8 aufgebracht. Der Lastauftrag erhöhte deutlich den Durchhang der Kontrollplatte, hatte jedoch einen sehr viel geringeren Einfluss auf die Platte der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 gezeigt wird, haben nach der vorliegenden Erfindung hergestellte Gipsplatten eine Durchbiegung, die deutlich unterhalb derjenigen ist, die noch mit bloßem Auge wahrnehmbar ist, d.h. weniger als 0,1 inch pro Länge von zwei ft.
BEISPIEL 7
NAGELZUGWIDERSTAND EINER GIPSPLATTE DER FERTIGUNGSREIHE
Es wurde eine weitere Reihe von papierkaschierten, geschäumten Gipsplatten auf einer typischen Fertigungsreihe normaler Größe in einem Werk für die Gipsplattenherstellung hergestellt. Die Platten wurden mit drei Konzentrationen von Trimetaphosphat-Ion hergestellt und mit den Kontrollplatten (hergestellt ohne Trimetaphosphat-Ion) in Bezug auf den Nagelzugwiderstand verglichen.
Mit Ausnahme der Einbeziehung von Trimetaphosphat-Ion in der Herstellung einiger Platten wurden die Platten unter Anwendung von Fertigungsverfahren und Bestandteilen einer Gipsplattenfertigung nach dem Stand der Technik hergestellt. Die Bestandteile und ihre prozentualen Gewichtsanteile waren die gleichen wie diejenigen, die in der vorstehenden Tabelle 4 aufgeführt sind. Das Verfahren zur Herstellung der Platten entsprach dem in Beispiel 5 beschriebenen Verfahren.
Der Nagelzugwiderstand wurde nach dem Standard ASTM C 473-95 bestimmt. Die Ergebnisse sind für die mit verschiedenen Konzentrationen von Trimetaphosphat-Ion erzeugten erfindungsgemäßen Proben und für die Kontrollproben (0% Natriumtrimetaphosphat), die unmittelbar vor und nach den erfindungsgemäßen Proben hergestellt wurden, in Tabelle 7 aufgeführt.
TABELLE 7 Nagelzugwiderstand von Gipsplatten aus der Fertigungsreihe
Die Ergebnisse in Tabelle 7 zeigen, dass die Produktionsplatten, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, eine höhere Gesamtfestigkeit im Vergleich zu den Kontrollplatten zeigten (Nagelzugwiderstand).
BEISPIEL 8
ZUSAMMENHALT VON PAPIER UND GIPSPLATTE AUS DER FERTIGUNGSREIHE
Es wurde eine weitere Reihe von papierkaschierten, geschäumten Gipsplatten auf einer typischen Fertigungsreihe in normaler Größe in einem Werk für die Gipsplattenherstellung hergestellt. Die Platten wurden mit unterschiedlichen Konzentrationen an Trimetaphosphat-Ion, vorgelatinierter Stärke und nichtvorgelatinierter Stärke hergestellt und mit Kontrollplatten (hergestellt ohne Trimetaphosphat-Ion oder vorgelatinierter Stärke) in Bezug auf den Zusammenhalt der Bindung zwischen dem Gipsplattenkern und ihrer Papierkaschierungsvorderabdeckung nach einem Konditionieren unter extremen feuchten Bedingungen und angefeuchteten Bedingungen verglichen.
Mit Ausnahme der Einbeziehung von Trimetaphosphat-Ion und vorgelatinierter Stärke und den veränderten Konzentrationen an nichtgelatinierter Stärke in der Herstellung einiger Platten wurden die Platten unter Anwendung von Verfahren und Bestandteilen hergestellt, die für die Herstellungsverfahren und Bestandteile der Gipsplattenherstellung nach dem Stand der Technik typisch sind. Die Bestandteile und deren prozentuale Gewichtsanteile waren die gleichen, wie sie vorstehend in Tabelle 4 aufgeführt sind. Das Verfahren der Herstellung der Platten entsprach dem, das in Beispiel 5 beschrieben wurde.
Die in den Tests eingesetzte vorgelatinierte Stärke war PCF-1000 und ist kommerziell verfügbar bei Lauhoff Grain Co. Bei der nichtvorgelatinierten Stärke handelte es sich um HI-BOND, einer trocken gemahlenen und säuremodifizierten, nichtvorgelatinierten Stärke, die kommerziell bei Lauhoff Grain Co., verfügbar ist.
Nach der Herstellung der Platten in der Fertigungsreihe wurden aus den Platten Proben mit Abmessungen von 4 inch × 6 inch × 0,5 inch (die 4 inch liegen in Richtung der Fertigungsreihe) geschnitten. Jede dieser kleineren Plattenproben wurde sodann konditioniert, indem die Gesamtfläche der Außenseite des Kaschierpapiers auf dessen Seite in Kontakt mit einem vollständig mit Wasser durchnetzten Tuch für etwa 6 Stunden in einer Umgebung einer Temperatur von 90°F und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90% in Kontakt gehalten wurde und anschließend das nasse Tuch weggenommen wurde und die Plattenprobe stehengelassen wurde, um langsam in dieser Umgebung bis zum Erreichen von Gewichtskonstanz zu trocknen (normalerweise etwa 3 Tage). Auf der Rückseite der Plattenprobe wurde sodann im Abstand von 2,5 inch und parallel zu einer der 6 inch-Kanten eine 1/8-inch tiefe gerade Kerbe geschnitten. Der Plattenkern wurde sodann entlang der Kerbe ohne Reißen oder Spannen des Papiers auf der Vorderseite der Platte geschnappt und das größere Stück (2,5 inch × 6 inch) der Plattenprobe sodann gedreht und nach unten gedrückt, während das kleinere Stück mit seiner Rückseite nach oben horizontal festgehalten wurde in dem Versuch, das Oberseitenpapier auf der Vorderseite der Platte von dem größeren Stück abzulösen. Die Kraft wurde so lange erhöht, bis die zwei Plattenstücke vollständig voneinander abgedreht waren. Die Vorderseite des größeren Stückes wurde sodann untersucht, um zu ermitteln, mit welchem prozentualen Anteil seiner Fläche das Oberseitenpapier von dem Kern vollständig abgezogen worden war (bezeichnet als "saubere Ablösung"). Der prozentuale Anteil wird in Tabelle 8 als "% Klebbruch" aufgezeichnet.
TABELLE 8 Défaillance de la liaison du papier de plaques de plâtre de chaîne de production
Die Daten in Tabelle 8 zeigen, dass im Zusammenhang mit dem Problem des Klebbruches von Papier/Kern nach extremem feuchten Konditionieren: STMP das Problem verstärkt; eine Erhöhung der Konzentration typischer nicht vorgelatinierter Stärke (HI-BOND) das Problem nicht mildert; der Zusatz von etwas vorgelatinierter Stärke (PCF-1000) das Problem mildert oder eliminiert.
BEISPIEL 9
NACHBEHANDLUNG VON CALCIUMSULFAT-DIHYDRAT
In einigen alternativen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde Calciumsulfat-Dihydrat-Guss mit einer wässrigen Lösung von Trimetaphosphat-Ion so behandelt, dass die Lösung von Trimetaphosphat-Ion in dem Calciumsulfat-Dihydrat-Guss gleichförmig dispergiert war, um die Festigkeit, die Beständigkeit im Bezug auf bleibende Verformung (z.B. Durchhangwiderstand) und die Dimensionsstabilität von abgebundenen Gips enthaltenden Produkten nach dem erneuten Trocknen zu erhöhen. Insbesondere ist entdeckt worden, dass die Behandlung von Calciumsulfat-Dihydrat-Guss mit Trimetaphosphat die Festigkeit, die Beständigkeit im Bezug auf bleibende Verformung (z.B. Durchhangwiderstand) und Dimensionsstabilität erhöht bis zu einem ähnlichen Maß, das mit Hilfe der Ausführungsformen erreicht wird, worin Trimetaphosphat-Ion dem calcinierten Gips zugegeben wird. Damit liefert die Ausführungsform, in der das Trimetaphosphat-Ion dem abgebundenen Gips zugegeben wird, neue Zusammensetzungen und Verfahren zum Erzeugen verbesserter Gips enthaltender Produkte und einschließlich Platten, Tafeln, Gipsestriche, Ziegel, Gips/Cellulosefaser-Verbundstoffe, usw., ohne darauf beschränkt zu sein. Daher ziehen alle auf Gips basierende Produkte, die eine strenge Kontrolle über den Durchhangwiderstand erfordern, aus dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Nutzen. Die Behandlung erhöht außerdem die Festigkeit von Gipsguss um etwa 15%. Trimetaphosphat-Ion kann in Gipsguss durch Spritzen oder Einweichen mit einer wässrigen Lösung, die Trimetaphosphat-Ion enthält, und anschließendes erneutes Trocknen des Gipsgusses mit bis zu 0,04% bis 2,0 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht des Gipses) beladen werden.
Zwei Methoden der Nachbehandlung von abgebundenem Gips laufen wie folgt ab:
In den beiden vorgenannten Methoden wird die wässrige Lösung von Trimetaphosphat-Ion bevorzugt in einer Menge und einer solchen Weise aufgebracht, die ausreichend ist, um eine Konzentration von etwa 0,04% bis 0,16 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht des Calciumsulfat-Dihydrats) von Trimetaphosphat-Ion in dem Calciumsulfat-Dihydrat-Guss zu erzeugen.
Die Vorteile der verringerten Durchbiegung (d.h. Durchhangwiderstand) der vorgenannten ersten Methode sind in 5 dargestellt. Es wurden fünf (5) Platten hergestellt und auf Durchhang entsprechend der Darstellung in 5 getestet. Die getrockneten Platten hatten ein Gewicht im Bereich von 750 bis 785 g. Die Kontrollplatten hatten nach der Gipsguss/Fertigbehandlung zum abbinden und trocknen keinerlei Lösung aufgebracht erhalten. Die Platte, die als Platte ausschließlich mit Wasser bezeichnet wird, hatte als Besprühung des abgebundenen und getrockneten Gipsgusses lediglich Wasser aufgebracht erhalten und wurde danach erneut getrocknet. Die als Platte mit STMP-Lösung bezeichnete Platte hatte eine Lösung von 1 Gew.-% Trimetaphosphat-Ion in wässriger Lösung als eine Sprühbehandlung auf den abgebundenen und getrockneten Gipsguss aufgebracht erhalten und wurde danach erneut getrocknet. Die als Gyp-STMP-Lösung bezeichnete Platte hatte als Sprühbehandlung auf den abgebundenen und getrockneten Gipsguss eine wässrige mit Gips und einem Gehalt von 1 Gew.-% Trimetaphosphat-Ion gesättigte Mischung aufgebracht erhalten und wurde danach erneut getrocknet. Im Allgemeinen enthält die zu spritzende Lösung bevorzugt eine Konzentration von Trimetaphosphat-Ion im Bereich von 0,5 bis 2%. Die endgültige Menge an Trimetaphosphat-Ion sowohl in der Platte mit STMP-Lösung als auch der Platte mit Gyp-STMP-Lösung betrug 0,2 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Stuckgipses, der zur Herstellung des Gipsgusses verwendet wurde und betrug 0,17% bezogen auf das Gewicht der resultierenden abgebundenen Gipsplatte.
BEISPIEL 10
BEHANDLUNG VON SALZREICHEN MATERIALIEN
Weitere Ausführungsformen der Erfindung betreffen abgebundenen Gips enthaltende Produkte, die aus Mischungen von Calciumsulfat-Substanzen und Wasser hergestellt wurden, die hohe Konzentrationen an Chlorid-Ionen oder Salz davon (d.h. mindestens 0,015 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Calciumsulfat-Substanzen in der Mischung und üblicher 0,02% bis 1,5 Gew.-%) enthielten. Die Chlorid-Ionen oder Salze davon, können Verunreinigungen in dem Calciumsulfat-Material selbst oder in dem Wasser sein (z.B. Meereswasser oder Salzlösung enthaltendes Oberflächenwasser), die in der Mischung eingesetzt werden, die vor der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung stabiler, abgebundenen Gips enthaltender Produkte aufgrund der damit verbundenen Probleme nicht verwendet werden konnten, wie beispielsweise Blasenbildung, Papier-Klebbruch, Kantenabbrand, geringe Beständigkeit gegenüber bleibender Verformung, geringe Festigkeit und geringe Dimensionsstabilität.
Die in Tabelle 9 einbezogenen Tests betrafen Gipsplatten, die in der gleichen Weise hergestellt und behandelt wurden, wie in Beispiel 2 beschrieben wurde, jedoch mit der Ausnahme, dass unterschiedliche Mengen an Chlorid-Ion in die Mischung zusammen mit unterschiedlichen Mengen an Trimetaphosphat-Ion eingebracht wurden. Der Durchhang wurde in der gleichen Weise getestet, wie in Beispiel 2 beschrieben wurde.
Die in Tabelle 10 einbezogenen Tests zeigen, dass die Behandlung mit Trimetaphosphat-Ion die Verwendung von Mischungen erlaubt, die hohe Konzentrationen an Chlorid-Ionen oder deren Salze enthalten. Die Platten wurden in der gleichen Weise hergestellt und behandelt wie in Beispiel 4 mit der Ausnahme, dass unterschiedliche Mengen an Chlorid-Ion in die Mischung zusammen mit unterschiedlichen Mengen an Trimetaphosphat-Ion eingebracht wurden. Die Haltbarkeit der Klebung zwischen Gipsplattenkern und dessen vorderseitiger Papierkaschierung wurde in der gleichen Weise getestet, wie in Beispiel 8 beschrieben wurde.
Tabelle 11 zeigt die Behandlung mit Trimetaphosphat-Ion und PFC 1000-Stärke von Platten aus Materialien, die reich an Chloridsalz waren (0,08% bis 0,16 Gew.-% Natriumchlorid in Stuckgips) und die ansonsten in ähnlicher Weise hergestellt und behandelt wurden wie die zuvor in Beispiel 5 beschriebenen. Wie Tabelle 11 zeigt, führt die Behandlung zu einer erhöhten Nagelzugfestigkeit (in der gleichen Weise gemessen wie in Beispiel 4, d.h. nach Standard ASTM C 473-95) und liefert ein ähnliches Klebverhalten (gemessen in der gleichen Weise wie in Beispiel 8) wie die Kontrollplatten ohne Natriumchlorid. Darüber hinaus vermittelte eine Behandlung mit Trimetaphosphat-Ion eine deutliche Verbesserung des Durchhanges im angefeuchteten Zustand selbst bei einer Zugabe von bis zu 0,3% Chlorid.
Tabelle 12 zeigt eine Behandlung mit Trimetaphosphat-Ion und PFC 1000-Stärke von Materialien von Platten mit noch höherem Chloridsalzgehalt (0,368 Gew.-% Chloridsalz Stuckgips) als in Tabelle 11 gezeigt wird, die ansonsten in einer ähnlichen Weise hergestellt und behandelt wurden, wie vorstehend in Beispiel 5 beschrieben wurde. Wie in Tabelle 12 gezeigt wird, resultiert die Behandlung in eine erhöhte Nagelzugfestigkeit (gemessen in der gleichen Weise wie in Beispiel 4, d.h. nach Standard ASTM C 473-95) und vermittelt ein besseres Klebverhalten (gemessen in der gleichen Weise wie in Beispiel 8) verglichen mit den Kontrollplatten.
BEISPIEL 11
BEHANDLUNG VON GEBRANNTEM GIPS MIT VERSCHIEDENEN VERBESSERENDEN MATERIALIEN
In dem Beispiel der zuvor diskutierten bevorzugten Ausführungsformen ist das verbesserende Material Trimetaphosphat-Ion. Allerdings erzeugen allgemein alle verbesserenden Materialien, die in die vorstehend diskutierte allgemeine Definition verbesserender Materialien fallen, vorteilhafte Ergebnisse (z.B. erhöhte Beständigkeit gegenüber bleibende Verformung) in der Behandlung von gebranntem Gips. Die allgemein verwendbaren verbesserenden Materialien sind kondensierte Phosphorsäuren die jeweils zwei oder mehr Phosphorsäure-Einheiten aufweisen, sowie Salze und Ionen kondensierter Phosphate, die jeweils zwei oder mehr Phosphat-Einheiten aufweisen.
Spezielle Beispiele für derartige verbesserende Materialien schließen z.B. die folgenden Säuren oder Salze oder deren anionische Teile ein: Natriumtrimetaphosphat mit der Molekülformel (NaPO₃)₃, Natriumhexametaphosphat mit 6 bis 27 repetierenden Phosphat-Einheiten und mit der Molekülformel Na_n+2P_nO_3n+1, worin n = 6 bis 27 ist, Tetrakaliumpyrophosphat mit der Molekülformel K₄P₂O₇, Trinatriumdikaliumtripolyphosphat mit der Molekülformel Na₃K₂P₃O₁₀, Natriumtripolyphosphat mit der Molekülformel Na₅P₃O₁₀, Tetranatriumpyrophosphat mit der Molekülformel Na₄P₂O₇, Aluminiumtrimetaphosphat mit der Molekülformel Al(PO₃)₃, natriumsaures Pyrophosphat mit der Molekülformel Na₂H₂P₂O₇, Ammoniumpolyphosphat mit 1.000 bis 3.000 repetierenden Phosphat-Einheiten und der Molekülformel (NH₄)_n+2P_nO_3n+1, worin n = 1.000 bis 3.000 beträgt oder Polyphosphorsäure mit zwei oder mehr repetierenden Phosphorsäure-Einheiten und der Molekülformel H_n+2P_nO_3n+1 worin n zwei oder mehr beträgt.
Die Ergebnisse der Verwendung derartiger verbesserender Materialien zur Behandlung von gebranntem Gips sind in den Tabellen 13, 14 und 15 gezeigt.
In Tabelle 13 wurden verschiedene verbesserende Materialien zur Behandlung von gebranntem Gips in den Verfahren zur Herstellung von Gipsplatten und -würfel verwendet. Die Platten wurden in der gleichen Weise hergestellt und behandelt, wie bereits in Beispiel 2 beschrieben wurde. Die Würfel wurden in der gleichen Weise hergestellt und behandelt, wie bereits in Beispiel 1 beschrieben wurde. Mit Ausnahme von zwei Fällen wurden verschiedene andere verbesserende Materialien als nur Trimetaphosphat-Ion verwendet. Der Durchhang unter angefeuchtetem Zustand wurde in der gleichen Weise gemessen, wie bereits in Beispiel 2 beschrieben wurde. Die Druckfestigkeit wurde in der gleichen Weise gemessen, wie bereits in Beispiel 1 beschrieben wurde.
In Tabelle 14 wurde Polyphosphorsäure zur Behandlung von gebranntem Gips in dem Verfahren zum Herstellen von Gipsplatten und -würfeln verwendet. Die Platten wurden in der gleichen Weise hergestellt und behandelt, wie bereits in Beispiel 2 beschrieben wurde. Die Würfel wurden in der gleichen Weise hergestellt und behandelt, wie bereits in Beispiel 1 beschrieben wurde. Mit Ausnahme von zwei Fällen wurden verschiedene andere verbesserende Materialien als nur Trimetaphosphat-Ion verwendet. Der Durchhang in angefeuchtetem Zustand wurde in der gleichen Weise gemessen, wie bereits in Beispiel 2 beschrieben wurde. Die Druckfestigkeit wurde in der gleichen Weise gemessen, wie bereits in Beispiel 1 beschrieben wurde.
In Tabelle l5 wurde Ammoniumpolyphosphat ("APP") zur Behandlung von gebranntem Gips in dem Verfahren zum Herstellen von Gipsplatten und -würfeln verwendet. Die Platten wurden in der gleichen Weise hergestellt und behandelt, wie bereits in Beispiel 2 beschrieben wurde. Die Würfel wurden in der gleichen Weise hergestellt und behandelt, wie bereits in Beispiel 1 beschrieben wurde. Mit Ausnahme von zwei Fällen wurden verschiedene andere verbesserende Materialien als nur Trimetaphosphat-Ion verwendet. Der Durchhang in angefeuchtetem Zustand wurde in der gleichen Weise gemessen, wie bereits in Beispiel 2 beschrieben wurde. Die Druckfestigkeit wurde in der gleichen Weise gemessen, wie bereits in Beispiel 1 beschrieben wurde.
Die Ergebnisse in den Tabellen 13, 14 und 15 zeigen, dass alle getesteten Materialien, die sich innerhalb der vorgenannten Definition für verbesserende Materialien befanden, bei Verwendung zur Behandlung von gebranntem Gips in der Herstellung von abgebundenen Gips enthaltenden Produkten dazu führen, dass diese einen im Vergleich zu den Kontrollen ausgeprägten Widerstand gegenüber bleibende Verformung verfügen.
BEISPIEL 12
BEHANDLUNG VON CALCIUMSULFAT-DIHYDRAT-GUSS MIT VERSCHIEDENEN VERBESSERENDEN MATERIALIEN
Generell werden alle beliebigen verbesserenden Materialien, die in die allgemeine Definition für verbesserende Materialien, wie sie vorstehend diskutiert wurde, fallen, vorteilhafte Ergebnisse (z.B. erhöhte Beständigkeit gegenüber bleibende Verformung und erhöhte Festigkeit) in der Behandlung von Calciumsulfat-Dihydrat-Guss ergeben. Die im Allgemeinen verwendbaren verbesserenden Materialien sind: Phosphorsäuren, von denen jede eine oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist; Salze oder Ionen kondensierter Phosphate, von denen jedes zwei oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist, und einbasische Salze oder einwertige Ionen von Orthophosphaten.
Die Ergebnisse der Verwendung derartiger verbesserender Materialien zur Behandlung von Calciumsulfat-Dihydrat-Guss sind in Tabelle 16 gezeigt.
In Tabelle 16 wurden verschiedene andere Materialien zur Behandlung von abgebundenen und getrockneten Calciumsulfat-Dihydrat in Form von Platten und Würfeln verwendet. Die Platten wurden in der gleichen Weise hergestellt, wie vorstehend in Beispiel 2 beschrieben wurde und wurden in der gleichen Weise weiterbehandelt wie in Beispiel 9. Die Würfel wurden in der gleichen Weise hergestellt, wie vorstehend in Beispiel 1 beschrieben wurde, und wurden in ähnlicher Weise weiterbehandelt, wie in Beispiel 9 angewendet wurde. Mit der Ausnahme von zwei Fällen wurden verschiedene andere verbesserende Materialien als nur Trimetaphosphat-Ion verwendet. Der Durchhang im angefeuchteten Zustand wurde in der gleichen Weise gemessen, wie bereits in Beispiel 2 beschrieben wurde. Die Druckfestigkeit wurde in der gleichen Weise gemessen, wie bereits in Beispiel 1 beschrieben wurde.
Die Ergebnisse in Tabelle 16 zeigen, dass alle getesteten Materialien, die innerhalb der vorstehend ausgeführten Definition für verbesserende Materialien vielen, bei Verwendung zur Behandlung von abgebundenem und getrocknetem Calciumsulfat-Dihydrat-Guss dazu führten, dass die resultierenden Produkte im Vergleich zu den Kontrollen eine deutliche Beständigkeit gegenüber bleibende Verformung und deutlich erhöhte Festigkeit zeigten.
Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet kann erkennen, dass in der Fertigung von Gips enthaltenden Produkten gemäß der vorliegenden Erfindung ein breiter pH-Bereich verwendet werden kann, d.h. größer oder gleich 3,5.
In der Herstellung von Gipsplatten gemäß der vorliegenden Erfindung liegt der Arbeitsbereich des pH-Wertes bevorzugt bei etwa 5,0 bis 9,0 und mehr bevorzugt etwa 6,5 bis 7,5.
BEISPIEL 13
ÜBERWINDUNG DER VERZÖGERUNG UND VERMINDERUNG DER FESTIGKEIT
In der Behandlung vor dem Abbinden von Calciumsulfat-Material gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner entdeckt worden, dass einige verbesserende Materialien die Hydratationsgeschwindigkeit der Erzeugung von abgebundenem Gips verzögern und die Festigkeit des abgebundenen Gips enthaltenden Produktes negativ beeinflussen. Es ist entdeckt worden, dass diese Verzögerung und dieser negative Einfluss auf die Festigkeit gemäßigt oder sogar überwunden werden können, indem in die Mischung ein Beschleuniger in geeigneter Menge und Form einbezogen wird. Dieses ist in der folgenden Tabelle 17 gezeigt. Es wurde eine Aufschlämmung nach dem vorgenannten Beispiel 1 angesetzt und als verbesserendes Material Natriumhexametaphosphat verwendet. Ein Teil der Aufschlämmung wurde unter Anwendung des Standards ASTM C 472 zur Bestimmung der erforderlichen Zeit getestet, um 98% Hydratation von abgebundenem Gips zu erreichen. Ein anderer Teil der Aufschlämmung wurde zur Herstellung von Würfeln nach Beispiel 1 verwendet, um die Druckfestigkeit zu testen. Für diesen Zweck lässt sich jedes beliebige Material verwenden, von dem bekannt ist, dass es für die Erhöhung der Geschwindigkeit der Erzeugung von abgebundenem Gips verwendbar ist. Ein bevorzugter Beschleuniger für diesen Zweck ist der Beschleuniger, der bereits vorstehend in Beispiel 1 angegeben wurde.
TABELLE 17 Einfluss von Beschleuniger zur Überwindung der Verzögerung und Verminderung der Festigkeit
BEISPIEL 14
EINER GIPSPLATTE EINE GEWÜNSCHTE FORM VERLEIHEN
Es ist ferner entdeckt worden, dass eine Gipsplatte mit einer gewünschten Form nach den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann. Vor der Erfindung wurde die Form einer regulären ebenen Gipsplatte typischerweise dadurch umgeformt, dass die Platte mit Wasser angefeuchtet wurde, um die Platte weicher zu machen und flexibler zu machen, wonach die Umformung der Form der Platte nach Erfordernis erfolgte und gewartet wurde, bis die Platte trocken war. Diese ältere Technik führte jedoch zu vielen Nachteilen der Herstellung und des Einbaus, da das Anfeuchten, das erforderlich ist, um die Platte nachgiebiger und flexibler zu machen, so dass sie zu einer angestrebten Form umgeformt werden kann, eine erhebliche Zeitdauer in Anspruch nimmt, d.h. mindestens eine Stunde oder mehr, wobei 12 Stunden nicht ungewöhnlich sind. Darüber hinaus ist die ältere Methode für eine leichte Umformung zu der angestrebten Form der Platte nicht empfindlich genug. Wenn die Platte nicht ausreichend eingeweicht wird, ist es schwierig, die Form der Platte nach Erfordernis umzuformen. Das bedeutet, es ist mehr Kraft zur Umformung der Form der Platte nach Erfordernis erforderlich, so dass die Platte bricht, wenn eine zu große Kraft aufgebracht wird. Daher besteht ein großer Bedarf nach Methoden und Zusammensetzungen, mit denen die Benetzungsdauer verringert wird und die Herstellung und der Einbau der Gipsplatte mit der gewünschten Form verbessert wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise eine flache Gipsplatte mit einer wässrigen Lösung von Chlorid besprüht werden, die irgendein verbesserendes Material enthält (wie in den vorstehenden Beispielen und in der Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde), um die Platte nachgiebiger und flexibler zu machen. Die nachgiebigere und flexiblere Platte kann sodann leicht zu einer angestrebten Form mit weniger Kraft umgeformt werden als in älteren Methoden, wobei die angestrebte Form in der umgeformten Platte nach dem Trocknen der Platte erhalten bleibt, was auf die vorteilhaften Wirkungen des verbesserenden Materials und speziell auf die Beständigkeit gegenüber bleibende Verformung zurückzuführen ist.
Insbesondere ist z.B. entdeckt worden, dass 5/16'', 3/8'' und ½'' dicke reguläre flache Gipsplatten zu einer gewünschten Form umgeformt werden können, indem die Gipsplatte durch Besprühen mit einer Lösung von Chloridsalz oder einer Kombination verschiedener Chloridsalzlösungen (wie beispielsweise Natriumchlorid, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Kaliumchlorid, Aluminiumchlorid, usw.) welche ein verbesserendes Material enthalten, wie es für die Platte vorstehend beschrieben wurde, nachgiebig gemacht wird. Um die am meisten bevorzugten Ergebnisse zu erzielen, kann ein Benetzungsmittel als Anfeuchtmittel (wie beispielsweise Tergitol NP-9-Tensid von der Union Carbide Chemical & Plastic Company, Inc.; Neodol^® 1-7 und Neodol^® 1-5 von der Shell Chemical Company und Iconol TDA-6 und Iconol DA-6 von der BASF Corporation) aufgebracht werden, um eine schnelle und wirksame Behandlung des Anfeuchtens zu erhalten. Zur Verbesserung der abschließenden Verbindung von Papier und Kern und zur Erhöhung der Festigkeit der umgeformten Platte kann eine Stärke (wie beispielsweise Stapol 580 und Stapol 630 von A. E. Staley Manufacturing Company) verwendet werden. Sofern das Aufschäumen in Folge der Schaummerkmale des Benetzungsmittels als Anfeuchtmittel zu einem Problem wird, kann ein Entschäumer in die Salzlösung einbezogen werden.
In der bevorzugten Ausführungsform werden die vorgenannte Salzlösung sowie andere Materialien zur Behandlung auf die eine Seite der Platte aufgebracht, während die andere Seite unbehandelt bleibt, um die Festigkeit auf der unbehandelten Seite der Platte aufrecht zu erhalten und ein Reißen der Platte während der Umformung zu ihrer angestrebten Form zu vermeiden.
Die behandelte Platte kann beispielsweise jede beliebige papierkaschierte Gipsplatte sein mit irgendwelchen typischen Additiven und Gipszubereitungen für eine derartige Platte. In der bevorzugten Ausführungsform verfügt die Platte über innere verfestigende Materialien, wie beispielsweise diskrete Fasern (z.B. Glasfasern, Papier- und/oder Synthesefasern).
Gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich die Formen von Gipsplatten beliebiger Größe und Dicke umformen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde eine papierkaschierte Gipsplatte mit 5/16'', 3/8'' und ½'' durch Behandlung der einen Seite der Gipsplatte mit einer "Biegelösung" umgeformt, die (bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung) 0,05 Gew.-% Natriumchlorid aufwies, 0,05 Gew.-% Natriumtrimetaphosphat, 0,05 Gew.-% Tergitol NP-9-Tensid (Benetzungsmittel zum Anfeuchten) und 0,025 Gew.-% Stapol 580 (modifizierte Maisstärke). Es wurden Plattenmaterial aus papierkaschierten Gipsplatten von 4 ft × 4 ft Wandplatten des Warenzeichens USG SHEETROCK^® verschiedener Dicke mit der vorstehend angegebenen bevorzugten Biegelösung in einer ausreichenden Form besprüht, um die 5/16''-Platte mit etwa 2 lb Biegelösung anzufeuchten, die 3/8''-Platte mit etwa 4 lb Biegelösung und die ½''-Platte mit etwa 6 lb Biegelösung. Es wurden Tests ausgeführt, indem die eine Seite der Gipswandplatte behandelt wurde, wobei die Ergebnisse unabhängig davon die gleichen waren, ob die behandelte Seite die Vorderseite oder die Rückseite war. Die Ergebnisse sind in Tabelle 18 gezeigt.
Wie Tabelle 18 zeigt, lässt sich die Form der Gipswandplatte verschiedener Dicken nach Erfordernis nach einer Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung umformen. Wie gezeigt wird, war die Zeitdauer, die zwischen dem Auftrag der Biegelösung und dem Biegen der Platte benötigt wurde, eine Sache von Minuten anstatt der nach den Verfahren des Standes der Technik erforderlichen Stunden.
Für jede Plattendicke ist in Tabelle 18 der Mindestbiegeradius angegeben (d.h. ein Maß für den erreichbaren Grad des Biegens; je kleiner der Radius ist, um so größer ist der erreichbare Grad des Biegens). In jedem Fall ist der Mindestradius deutlich kleiner als er mit den älteren bekannten Methoden erreicht werden kann. Wie üblich lassen sich die Platten in der von sich aus nachgiebigeren Richtung über die Breite weiter biegen.
Eine bevorzugte Methode zur Behandlung und zum Einbau einer Gipsplatte auf der Baustelle ist die Folgende.
Verwendung auf gewichtsbezogenen Konzentration der Lösung: 0,05 bis 1% Chloridsalz; 0,05 bis 0,3% Benetzungsmittel zum Anfeuchten; 0,05 bis 0,5% verbesserendes Material; 0,025 bis 0,2% Stärke. Darüber hinaus lässt sich in die Biegelösung in einer Gewichtsmenge der Lösung von 0,01 bis 0,05% nach Erfordernis ein Entschäumer einbeziehen (z.B. FoamMaster von der Henkel Corporation).
Das Chloridsalz, das Benetzungsmittel zum Anfeuchten und das verbesserende Material lassen sich auf die Platte separat, gemeinsam oder mehrfach zu beliebigen Zeitpunkten vor dem Trocknen der Platte ausbringen, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu nutzen.
TABELLE 18 Wartezeit und Mindestbiegeradius von Gipsplatten verschiedener Dicken, die mit der Biegelösung der vorliegenden Erfindung behandelt wurden
Die Erfindung ist mit besonderer Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen davon detailliert beschrieben worden, wobei jedoch als selbstverständlich gilt, dass Änderungen und Modifikationen im Rahmen des Erfindungsgedanken des Geltungsbereiches der Erfindung vorgenommen werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines abgebundenen Gips enthaltenden Produktes mit erhöhter Beständigkeit gegenüber bleibender Formänderung, umfassend: Erzeugen einer Mischung aus einem Calciumsulfat-Material, Wasser, einem Beschleuniger und einem oder mehreren Materialien zum Verstärken, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: kondensierten Phosphorsäuren, von denen jede zwei oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist; und Salzen oder Ionen von kondensierten Phosphaten, von denen jedes zwei oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist; und die Mischung unter Bedingungen halten, die für das Calciumsulfat-Material ausreichend sind, um eine miteinander verbindende Matrix aus abgebundenem Gipsmaterial zu bilden; wobei das verstärkende Material oder die verstärkenden Materialien in die Mischung in einer solchen Menge einbezogen sind, dass das abgebundenen Gips enthaltende Produkt eine größere Beständigkeit gegenüber bleibender Formänderung hat, als es diese haben würde, wenn das verstärkende Material nicht in die Mischung einbezogen worden wäre; wobei der Beschleuniger in einer solchen Menge einbezogen ist, dass das abgebundenen Gips enthaltende Produkt eine größere Festigkeit hat, als es diese haben würde, wenn der Beschleuniger nicht in die Mischung einbezogen worden wäre.
Abgebundenen Gips enthaltendes Produkt, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1.
Verfahren zum Herstellen einer Gipsplatte mit erhöhtem Durchhangwiderstand, wobei die Gipsplatte einen Kern aus Material aufweist, das sandwichartig zwischen den Deckplatten eingeschlossen ist, wobei der Kern eine miteinander verbindende Matrix aus abgebundenem Gips aufweist und die Platte mit Hilfe des Verfahrens nach Anspruch 1 hergestellt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, bei welchem die Konzentration des verstärkenden Materials in der Mischung bezogen auf das Gewicht des Calciumsulfat-Materials etwa 0,004% bis etwa 2,0 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, bei welchem die Konzentration des verstärkenden Materials in der Mischung bezogen auf das Gewicht des Calciumsulfat-Materials etwa 0,04% bis etwa 0,16 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, bei welchem die Konzentration des verstärkenden Materials in der Mischung bezogen auf das Gewicht des Calciumsulfat-Materials etwa 0,08 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, bei welchem das verstärkende Material eine oder mehrere der folgenden Säuren oder Salze oder die anionischen Teile davon aufweist: Natriumtrimetaphosphat, Natriumhexametaphosphat mit 6 bis 27 repetierenden Phosphat-Einheiten, Tetrakaliumpyrophosphat, Trinatriumdikaliumtripolyphosphat, Natriumtripolyphosphat, Tetranatriumpyrophosphat, Aluminiumtrimetaphosphat, natriumsaures Pyrophosphat, Ammoniumpolyphosphat mit 1.000 bis 3.000 repetierenden Phosphat-Einheiten oder Polyphosphorsäure mit zwei oder mehreren repetierenden Phosphorsäure-Einheiten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, bei welchem das Calciumsulfat-Material eines oder mehrere der folgenden aufweist: Calciumsulfat-Anhydrit; Calciumsulfat-Halbhydrat; oder Ionen von Calcium und Sulfat.
Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 8, bei welchem das Calciumsulfat-Material Calciumsulfat-Halbhydrat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem das verstärkende Material ein oder mehrere der folgenden Salze oder die ionischen Teile davon aufweist: Natriumtrimetaphosphat, Natriumhexametaphosphat mit 6 bis 27 repetierenden Phosphat-Einheiten und Ammoniumpolyphosphat mit 1.000 bis 3.000 repetierenden Phosphat-Einheiten.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Mischung ferner mindestens 0,015 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht des Calciumsulfat-Materials in der Mischung) Chlorid-Ionen oder Salze davon aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Mischung 0,02% bis 1,5 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht des Calciumsulfat-Materials in der Mischung) Chlorid-Ionen oder Salze davon aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Mischung ferner eine vorgelatinierte Stärke aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Mischung ferner eine vorgelatinierte Stärke aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem die Konzentration der vorgelatinierten Stärke in der Mischung bezogen auf das Gewicht des Calciumsulfat-Materials etwa 0,08% bis etwa 0,5 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem die Konzentration der vorgelatinierten Stärke in der Mischung bezogen auf das Gewicht des Calciumsulfat-Materials etwa 0,16% bis etwa 0,4 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem die Konzentration der vorgelatinierten Stärke in der Mischung etwa 0,3 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Calciumsulfat-Materials beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der Kern darin gleichförmig verteilte Hohlräume hat und die Mischung ferner einen wässrigen Schaum aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem der wässrige Schaum von einem Schaumbildner oder einem Blend von Schaumbildnern erzeugt worden ist, welche die Formel haben: CH₃(CH₂)_XCH₂(OCH₂CH₂)_YOSO₃ worin X eine Zahl von 2 bis 20 ist, Y ist eine Zahl von Null bis 10 und beträgt Null in mindestens 50 Gew.-% des Schaumbildners oder Blends von Schaumbildnern und M ist ein Kation.
Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem Y Null in 86% bis 99 Gew.-% des Schaumbildners oder Blends von Schaumbildnern beträgt.
Verfahren nach Anspruch bei welchem die Mischung ferner eine vorgelatinierte Stärke und einen wässrigen Schaum aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, bei welchem, wenn das Verfahren zur Erzeugung einer 1,3 cm (1/2 inch) dicken Gipsplatte angewendet wird, die Platte einen Durchhangwiderstand, ermittelt nach dem Standard ASTM C473-95, von weniger als etwa 0,25 cm (0,1 inch) pro 61 cm (2 ft.) Länge der Platte hat.
Verfahren zum Herstellen einer geformten Gipsplatte, umfassend: Herstellen einer gleichförmigen wässrigen Lösung, die Wasser aufweist, mindestens ein Chloridsalz, ein Benetzungsmittel und ein oder mehrere verstärkende Materialien, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: Phosphorsäuren, von denen jede eine oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist; Salzen oder Ionen von kondensierten Phosphaten, von denen jedes zwei oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist; und einbasischen Salzen oder einwertigen Ionen von Orthophosphaten; und Auftragen der gleichförmigen wässrigen Lösung auf eine Gipsplatte in einer ausreichenden Menge, um die Gipsplatte zu schwächen, um eine Umformung der Form der Gipsplatte zu ermöglichen; Umformen der Gipsplatte nach Erfordernis und die Gipsplatte zur Erzeugung der geformten Gipsplatte trocknen lassen; wobei das Chloridsalz, das verstärkende Material oder die verstärkenden Materialien und das Benetzungsmittel, auf die Gipsplatte in einer solchen Menge aufgebracht worden sind, dass die Umformung der geformten Gipsplatte in einer kürzeren Zeit erreicht wird und die geformte Gipsplatte eine größere Beständigkeit gegenüber bleibender Verformung hat, als sie es haben würde, wenn das Chloridsalz, das verstärkende Material und das Benetzungsmittel nicht auf die Gipsplatte aufgebracht worden wären.
Verfahren zum Herstellen einer geformten Gipsplatte, umfassend: Aufbringen einer gleichförmigen wässrigen Lösung auf die Gipsplatte, wobei die Lösung Wasser und ein Benetzungsmittel aufweist; Aufbringen einer gleichförmigen wässrigen Lösung auf eine Gipsplatte, wobei die Lösung Wasser und mindestens ein Chloridsalz aufweist; Aufbringen einer Lösung auf die Gipsplatte vor dem Trocknenlassen der Gipsplatte, wobei die Lösung ein oder mehrere verstärkende Materialien aufweist, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: Phosphorsäuren, von denen jede ein oder mehrere Phosphorsäure-Einheiten aufweist; Salzen oder Ionen von kondensierten Phosphaten, von denen jedes zwei oder mehrere Phosphat-Einheiten aufweist; und einbasische Salze oder einwertige Ionen von Orthophosphaten; Umformen der Gipsplatte nach Erfordernis; und die Gipsplatte zur Erzeugung der geformten Gipsplatte trocknen lassen; wobei das Chloridsalz, das verstärkende Material oder die verstärkenden Materialien und das Benetzungsmittel in einer solchen Menge auf die Gipsplatte aufgebracht worden sind, dass die Umformung der geformten Gipsplatte in einer kürzeren Zeit erreicht wird und die geformte Gipsplatte eine größere Beständigkeit gegenüber bleibender Verformung hat, als sie es hätte, wenn das Chloridsalz, das verstärkende Material und das Benetzungsmittel nicht auf die Gipsplatte aufgetragen worden wären.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem eine Lösung, die eine vorgelatinierte Stärke aufweist, ebenfalls auf die Gipsplatte vor dem Trocknen der Platte aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem eine Lösung, die einen Entschäumer aufweist, ebenfalls auf die Gipsplatte vor dem Trocknen der Platte aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem die aufgebrachte Lösung, die das Chloridsalz aufweist, eine Konzentration des Chloridsalzes von 0,05% bis 1,0 Gew.-% der Lösung hat.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem die aufgebrachte Lösung, die das Benetzungsmittel aufweist, eine Konzentration des Benetzungsmittels von 0,05% bis 0,3 Gew.-% der Lösung hat.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem die aufgebrachte Lösung, die das verstärkende Material oder die verstärkenden Materialien aufweist, eine Konzentration des verstärkenden Materials von 0,05% bis 0,5 Gew.-% der Lösung hat.
Verfahren nach Anspruch 25, bei welchem die aufgebrachte Lösung, die eine Stärke aufweist, eine Stärkekonzentration von 0,025% bis 0,2 Gew.-% der Lösung hat.
Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem die aufgebrachte Lösung, die einen Entschäumer aufweist, eine Entschäumerkonzentration von 0,01% bis 0,05 Gew.-% der Lösung hat.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem die Gipsplatte eine papierkaschierte Platte ist.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem das Chloridsalz, das verstärkende Material oder die verstärkenden Materialien und das Benetzungsmittel auf lediglich der einen Seite der Gipsplatte aufgebracht werden.