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Verfahren zur Herstellung von mit Poren durchsetzten Gipsmassen Die
Erfindung betrifft ein Verfahren, welches bei der Herstellung von aus Gips oder
aus gipshaltigem Material bestehenden Kunststeinen, Platten, Wänden, Dielen, geformten
Baustoffen und Waren, stückigen Füll- und Isoliermassen, Granulaten, Mörtel-, Verputz-
und Anstricharten immer dann angewandt werden kann, wenn diese Produkte in ihrem
Gefüge eine Porigkeit aufweisen sollen oder wenn eine solche zulässig ist. Die Porigkeit
kann dabei eine Verminderung des Gewichtes, also eine Erniedrigung der scheinbaren
Dichte, eine Erhöhung der Wärmeisolation und Schalldämpfung, eine Vergrößerung der
Oberfläche und ihrer Haft-und Saugfähigkeit oder einfach eine Materialersparnis
bezwecken. Vorzugsweise ist die Erfindung für solche Fälle geeignet und .bestimmt,
in denen als Rollstoff oder als wesentliche Rohstoffkomponente der sogenannte Stuckgips
benutzt wird, also eine der beispielsweise als Stukkateur- oder als Baugips oder
als Edel-, Alabaster-, Form-, Modell- und Bildhauergips im Handel befindlichen Sorten.
Sie haben im Zustand vor ihrer Verwendung und dem Abbinden bekanntlich im wesentlichen
den Charakter eines Gemenges von Calciumsulfathalbhydrat und löslichem Anhydrit
in übrigens keineswegs einheitlichem Mischungsverhältnis, in welchem Gemenge noch
kaum löslicher Anhydrit und bereits abgebundenes Dihydrat als Begleitstoffe neben
eigentlichen Fremdstoffen sich anzufinden pflegt.
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Bekannten Verfahren gegenüber, von denen einige die Porigkeit der
Gipsmasse durch Chlorkalk- plus Wasserstoffsuperoxydzusatz, andere dieselbe durch
Aluminiumsulfat- plus Carbonatzusatz, wieder
andere sie durch Wasserstoff
aus Metallpulvern oder durch Schwefelwasserstoffentwicklung oder durch Einblasen
von Luft oder durch Schaummittel zu erreichen suchen, ist das vorliegende Verfahren
und sein Porungs.mittel durch die Verwendung von primärem Phosphat, und zwar in
Gegenwart von Calciumcarbonat, Kreide, Marmorpulver oder sonstigen kohlensauren
Mineralien oder Chemikalien, gekennzeichnet. Aber die vorliegende Erfindung weist
noch den Vorteil auf, daß das primäre Phosphat in Form von Superphosphat anwendbar
ist, welches als Calciums-uperphosphat, Doppelsuperphosphat, Ammoniaksuperphosphat
oder Kaliumsuperphosphat oder als Gemische derselben billig und vor allem, was im
Bauwesen einen großen Vorteil bedeutet, allerorts leicht erhältlich ist. Statt dieser
handelsüblichen, ohne weiteres gut verwendbaren Superphosphate können auch die in
ihnen enthaltenen chemischen Verbindungen der Orthophosphorsäure, also die Chemikalien
(P 04 H2) 2 Ca, P 04 H2 N H4 oder P 04 H2 K, in dem neuen Verfahren zur Anwendung
kommen. Die Porigkeit, die die abgebundene, erhärtete Gipsmasse aufweisen soll,
wird bei diesem Verfahren durch die Bläschen von .Kohlendioxydgas im Gipsbrei hervorgerufen,
welches Gas sich aus dem dem Gipspulver vorher zugemischten Carbonat über gelöste
Kohlensäure hinweg entbindet, wenn der Phosphatzusatz beim Anmachen des Gipsbreies
in Lösung geht oder wenn das Phosphat vorher in das Anmachewasser gegeben wurde.
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Das Verfahren wird also so durchgeführt, daß dem Gipspulver, und zwar
bevor es mit Wasser angemacht wird, in einer Mischoperation, gegebenenfalls in einer
gemeinsamen Vermahlung und jedenfalls in guter Trockne, entweder sowohl das Carbonat
als auch das Phosphat zugesetzt wird oder aber lediglich das Carbonat. In letzterem
Falle muß das Phosphat vorher im Anmachewasser verrührt oder gelöst werden. Die
notwendige Phosphatmenge kann abweichend davon auch zu einem Teil dem Gipspulver
trocken zugemischt werden, während ihr restlicher Teil in das Anmachewasser gegeben
wird.
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Ein mit den Zusatzstoffen dieses Verfahrens angesetzter Gipsbrei kann,
solange er noch flüssig und viskos ist, ohne nennenswerte Schwierigkeiten in Formen,
Fugen oder sonstwie vergossen, auch verstrichen, gespritzt und durch Schleudern
gegossen werden, ohne daß die Porigkeit des anschließend zur Erhärtung kommenden
Materials ausbleibt. Die Aibbindezeit des Gipses wird durch diese Zusatzstoffe regelmäßig
praktisch nicht verkürzt, vielfach wird sie eher etwas verlängert.
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Bezüglich des technischen Fortschrittes und der Vorteile, die bei
Anwendung des neuen Verfahrens, zumindest bei Verwendung der Calciumverbindungen,
deutlich in Erscheinung treten, gilt folgendes: Zunächst ergeben sich ein wirtschaftlicher
und daneben ein fabrikationstechnischer Vorteil insofern, als die Reaktionsprodukte
der an und für sich schon besonders billigen Zusatzstoffe Phosphat und Carbonat
sich, abgesehen von dem hierfür verlorenen Kohlendioxyd, durchaus aktiv an dei Strukturfestigkeit
beteiligen, und insofern, als in Verfahrensgang keine gesundheitsschädlicher Stoffe
auftreten, was von vielen der bekannten bisherigen Verfahren nicht behauptet werden
kann. Ein weiterer technischer Fortschritt zeigt sich, physikalisch-chemisch erklärt,
darin, daß bei Durchführung des neuen Verfahrens der ganze Zeitabschnitt, in welchem
sich die Gasbläschen bilden, vergrößern und halten, überraschend gut mit der Zeitdauer
der Gipsabbindung übereinzustimmen pflegt. Hieraus ergibt sich eine bequeme Handhabung
des Verfahrens in der Praxis.
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Eine experimentelle Untersuchung dieses nützlichen Phänomens zeigte,
daß infolge der Kohlensäureentbindung, und zwar gerade nur während ihrer Zeitdauer,
sowohl das entstehende Dihydrat als auch das sich bildende tertiäre Phosphat die
Tendenz haben, in Lösung zu bleiben oder zu gehen. Bei der hohen Konzentration des
Gipsbreies läßt sich diese erhebliche Zunahme der Löslichkeit zwar nicht unmittelbar
beobachten, eine experimentelle höhere Verdünnung gestattet :dies aber und zeigt
auch, daß die Koljlensäureentbindung die Polymerisation jener die Struktur aufbauenden
Stoffe hemmt. Hieraus kann man folgern, daß in gewissem Grade eine Kopplung zwischen
Gasentbindung und Gipsabbindung besteht. Wenn die erstere und ihr Gasdruck nachläßt
und gerade ehe die Gasblasen demzufolge wieder zusammenschrumpfen können, tritt
offenbar eine spontane Beschleunigung der letzteren, also der Gipsabbindung ein.
Diese Erscheinung ist ganz charakteristisch für das neue Verfahren, während bei
den bisher bekannten Porungsverfahren recht unbequeme Bedingungen eingehalten werden
müssen, damit einerseits das Gas nicht zu früh entbindet und aus dem noch allzu
dünnflüssigen Gipsbrei nutzlos entweicht und damit es andererseits auch wiederum
nicht zu spät und einer hohen Viskosität gegenüber allzu kraftlos auftritt.
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Es ist schon erwähnt worden, daß sich im vorliegenden Verfahren auch
die festen Reaktionsprodukte der Porungsmittel am Aufbau der Strukturfestigkeit
beteiligen. Sie scheinen auf eine Oberflächenhärtung der verfilzten Dihydratnädelchen
hinzuwirken, da die Abriebfestigkeit der im neuen Verfahren abgebundenen Gipskörper
trotz der durch die Porigkeit vergrößerten Oberfläche gut zu sein pflegt.
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Schließlich hat sich das neue Verfahren auch gerade dann als vorteilhaft
erwiesen, wenn die mit Poren durchsetzte Gipsmasse in festem Kontakt mit Füllmassen
oder Einlagen, wie Sägepulvern oder .Sägespänen, Rohrgeflechten oder Holzstäben,
zusammen einen -ganz besonders leichten Baustoff oder einen solchen von höherer
Zug- und Biegefestigkeit zu bilden hat. Die Anwesenheit des primären Phosphats zu
Beginn der Abbindung bewirkt dabei einen innigen Verband zwischen der organischen
und der mineralischen Materie.
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Es gehört in den Bereich der vorliegenden Erfindung, wenn das Verfahren
in Gegenwart oder
unter Hinzufiigen noch weiterer, eine Porenbildung
begi.instigendeti Stoffe oder Maßnahmen, auch solcher betrieben wird, die in anderer
Richtung, beispielsweise auf eine Härtung oder auf eine Verlängerung der Abbindezeit
usw. hinwirken. Das gleiche gilt für jedes Verfahren, bei welchem dem Gipspulver
oder einer solches' enthaltenden Komposition oder einem Gipsbrei besonders, beispielsweise
hinsichtlich der Partikelgröße oder der Löslichkeit, präparierte Gemische oder Lösungen
oder Mixturen oder Lösungen zugesetzt werden, sofern diese Präparate primäres Phosphat
mit oder ohne Carbonat enthalten Lind dieses Phosphat innerhalb eines Gipsbreies
aus Bestandteilen des Präparates oder Zusätzen zum Gipsbrei eine Gasentwicklung
und damit eine Porenbildung verursacht oder fördert. Ausführungslicispiel 61,0 Gewichtsteile
Gipsmehl, welches als gewöhnlicher Baugips (Stuckgips) im Handel erhältlich ist,
werden in einer Mischtrommel mit o,8 Gewichtsteilen feingemahlener Kreide und gleichzeitig
mit 2,3 Gewichtsteilen mittelfeingemahlenem handelsüblichem Superphosphat in trockenem
Raum etwa io Minuten hindurch gut vermischt, gegebenenfalls nach besonderer Vermahlung.
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Die fertige Mischung a,us den drei genannten Komponenten wird sodann
in einen zunächst trocken,en,eisernen :lnniaclielreliälter ül>ergeführtund in diesem
dann auf einmal mit 35,3 Gewichtsteile? kalten Leitungswassers schnell übergossen
und ohne wesentliches Rühren angemacht. Das Zusetzen dieser vorher zugemessenen
Wassermenge dauert etwas weniger als i Minute. Von der dritten oder vierten Minute
an kann der noch niedrigviskose, durchaus ruhig erscheinende Brei in einfache, nach
oben hin völlig offene Würfelformen so vergossen werden, daß noch ein leichtes Treiben
während des Abbindens möglich ist. Das Ausgießen in die Formen ist im allgemeinen
nach der siebenten Minute beendet. Dabei ist die Viskosität noch sehr niedrig, d.li.
die Masse noch durchaus gießfähig. Etwa in der zwanzigsten Minute seit Wasserzugabe
setzt eine sich praktisch bemerkbar machende Erhöhung der Viskosität ein, was daran
erkennbar ist, daß eine schlanke Probenadel unter dein Einfluß ihres geringen Eigengewichts
in dein Brei gerade. noch bis auf den Grund des Gipsbreies hindurchdringt. Zu diesem
Zeitpunkt ist auch das ganz ruhige Treiben der Masse in den Formen beendet, und
von jetzt ab erfolgt die Abbindung derart, -daß sich von etwa der vierzigsten Minute
ab die Wände der Gußforinen abnehmen und die gegossenen Körper ohne Schaden bequem
transportieren lassen.
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So gegossene Steine wiesen eine durch ihr gesamtes Volumen Hindurch
gleichmäßige Porigkeit auf. Auf ihr beruhte eine Gewichtsersparnis von 42 °/o, bezogen
auf Vergleichssteine, die aus dem gleichen Gipsmehl unter völlig gleichen Verhältnissen
und unter gleich großem Wasserzusatz, aber ohne Phosphat und Kreide und somit ohne
künstliche Porigkeit hergestellt wurden. Die vergleichenden Wägungen wurden erst
am vierten Tage vorgenommen, weil erst nach viertägiger Lagerung im trockenen Raum
absolute Gewichtskonstanz eintritt. Die Würfelfestigkeit der so erzeugten Porensteine
war ganz bedeutend höher, als sie gemäß einer im Baugewerbe üblich gewordenen Faustformel
WB=-rund 5o . S3 bei Porengips erwartet wird, in welcher Formel unter S das Raumgewicht
in kg/dm3 zu verstehen ist. Auch die Abriebfestigkeit war sehr gut.
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Wenn das Verfahren unter sonst gleichen Umständen so durchgeführt
wurde, daß die Mischung in den Formen selbst mit Wasser angemacht wurde, ergaben
sich nur geringe Verbesserungen der angegebenen Resultate. Bei dem im Ausführungsbeispiel
genannten Baugips handelt es sich nicht etwa um Estrichgips, sondern um Stuckgips,
was auch die Abbindungszeiten erkennen lassen.
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Da manche Kunststeinfabrik sich nur mit schlechten Qualitäten von
Rohgipsmehlen zu versorgen vermag, in denen zum Beispiel ein hoher Gehalt an unlöslichem
Anhydrit und vorgebildetem Dihvdrat vorliegt, und da eine solche Fabrik dann hinter
den mit besserem Gips erzielbaren Bestwerten an Festigkeit usw. zurückbleibt, ist
es für sie von besonderem Wert, daß durch das Porungsmittel auch nicht die kleinsten
Mengen weiterer Ballaststoffe in die Gipsmasse eingeschleppt werden. Sie kann das
phosphathaltige Poi-ungsmittel in Form von Chemikalien üblicher Reinheitsgrade verwenden.
Nun hat sich jedoch herausgestellt, daß Superphosphate bei manchen Gipssorten günstigere
Abbindungszeiten, Abriebfestigkeiten usw. ergeben und überhaupt oft günstigere Nebenerscheinungen
hervorrufen als die ihnen entsprechenden Chemikalien technischer Reinheits- und
Feinheitsgrade, was vielleicht von einer Verschiedenheit ,der Kristalltrachten herrührt.
Überdies sind die Chemikalien zuweilen kaum oder nur teuer erhältlich. In solchen
und ähnlichen Fällen und überhaupt kann das Verfahren erfindungsgemäß so durchgeführt
werden, daß als Mittel zur Verursachung der Gasentbindung Lösungen, Extrakte, Säureaufschlüsse
oder Flotationsfraktionen aus Superphosphat angewandt werderi oder die aus diesen
durch Filtrierun.g, Zentrifugierung, Einengung, Kristallisation oder Trocknung auf
Rückstand erzielten Produkte.
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Wo es auf eine Anpassung an eine spezielle Rohgipsqualität nicht ankommt,
also im allgemeinen, kann das neue Verfahren auch so durchgeführt werden, daß als
Mittel zur Gasentbindung völlig gebrauchsfertige pulvrige Porungspräparate angewandt
werden, die also die notwendige Carbonatmenge gleich enthalten. Erfindungsgemäß
ist die optimale Zusammensetzung für solche universell anwendbaren Porungspräparate,
die also lediglich in das Gipsmehl trocken eingemischt zu werden brauchen, eine
solche, daß in ihnen der Gehalt an Kreidepulver (Calciumcarbonat) oder sonstigem
Carbonatpulver, sinngemäß bezogen auf Schlämmkreide, mindestens das o,3fache und
höchstens das
iofache der im Präparat als wasserlösliche Phosphorsäure
vorhanden, d. h. quantitativ bestimmbaren Menge beträgt.