NL7903098A

NL7903098A - Shaped articles from cement, sand and thermoplastic particles, - heated under moist conditions whilst in the plastic state and before hardening

Info

Publication number: NL7903098A
Application number: NL7903098A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1979-04-20
Filing date: 1979-04-20
Publication date: 1980-10-22

Abstract

Shaped articles are made from a mixt. of (a) an inorganic hydraulic binder (I); (b) an inorganic filler (II); (c) 10-60 wt.% (w.r.t. (I)) of a thermoplastic polymer (III) with a particle size of 0.1-2 mm; and (d) water. Water:binder ratio is >=0.3 and =2. Mixt. is shaped and, whilst still in the plastic state, is heated to >= the m.pt. of (III) whilst maintaining the water:binder ratio at >0.3, including bound water. Mixt. is then allowed to harden. Process gives hardened prods. with the use of shorter heating times than previously and thus a saving in energy costs. Prods. may be made in the form of pipes, tubes, drainpipes, wall and ceiling panels, floor and roof sheets, beams, etc.

Description

^vr----- ft * * - m ^ * -«r '*.-------—- "'A" STAMICARBON B.V. < > g """ λ ·λ^ Fri ----- ft * * - m ^ * - «r '* .-------—-"' A "STAMICARBON B.V. <> g "" "λ · λ

Uitvinders: Jan M.J.M. BIJEN, te Munstergeleen ] i ^Ίοββ "" ~Inventors: Jan M.J.M. BEES, in Munstergeleen] i ^ Ίοββ "" ~

WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN VAN VOORWERPEN UIT CEMENT, ZAND EN THERMOPLASTISCHE KUNSTSTOFMETHOD FOR MANUFACTURING ARTICLES FROM CEMENT, SAND AND THERMOPLASTIC PLASTIC

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van voorwerpen door een mengsel van een anorganisch met water hardend bindmiddel, een anorganisch vulmiddel, water en een thermoplastische kunststof, te vormen, te verhitten en vervolgens te harden.The invention relates to a method of manufacturing articles by forming, heating and then curing a mixture of an inorganic water-hardening binder, an inorganic filler, water and a thermoplastic plastic.

5 Uit het Britse octrooi 998.159 is het bekend om uit mengsels van water, cement of gips, zand, silicapoeder of asbest of mengsels daarvan en tenminste één synthetische hars in poedervorm vormlingen te maken, deze te laten harden en vervolgens te verhitten tot de verwekings-temperatuur van de hars(en) teneinde de harsdeeltjes en de andere deeltjes 10 van de vormlingen met elkaar te verbinden. Een nadeel van deze werkwijze is dat de vormlingen twee processen moeten doorlopen met een tijdsverschil dat tenminste gelijk is aan de tijd nodig voor het uitharden van de vormlingen. Dit leidt tot verhoging van produktiekosten voornamelijk doordat de gehele produktie eenmaal extra getransporteerd moet worden, 15 hetgeen meer mankracht en andere soorten energie vergt, alsmede door de hogere investeringen en de langere produktiecyclus.From British patent 998,159 it is known to form moldings from mixtures of water, cement or plaster, sand, silica powder or asbestos or mixtures thereof and at least one synthetic resin in powder form, to let these harden and then to heat them up to the softening temperature of the resin (s) to bond together the resin particles and the other particles of the green bricks. A drawback of this method is that the green bricks have to go through two processes with a time difference that is at least equal to the time required for the green bricks to harden. This leads to an increase in production costs mainly because the entire production has to be transported once more, which requires more manpower and other types of energy, as well as due to the higher investments and the longer production cycle.

In het Amerikaanse octrooi 3.781.396 wordt een werkwijze beschreven voor het vervaardigen van voorwerpen uit een thermoplastische hars, cement, al of niet gemengd met zand en/of asbest, door uit ge- 20 noemde stoffen een mengsel te maken en dit mengsel te kneden bij o o 150-180 C, daarna te kalanderen bij 100-150 C en de ontstane plaat in de gewenste stukken te verdelen en daaruit de voorwerpen te vormen. Ook kan men het mengsel granuleren en uit de granules door extruderen holle, plaat- of buisvormige produkten te vervaardigen. Deze voorlopig gevormde 25 produkten worden vervolgens in een autoclaaf samen met water en/of ver- 2 o zadigde stoom, bij 8-20 kg/cm druk en bij 170-300 C gedurende 3-10 uur gehard. Het is duidelijk dat deze werkwijze energieverslindend is en tot hoge produktie- en investeringskosten leidt.US Pat. No. 3,781,396 discloses a method of manufacturing articles from a thermoplastic resin, cement, whether or not mixed with sand and / or asbestos, by making a mixture from said materials and kneading this mixture at 150-180 ° C, then calendering at 100-150 ° C and divide the resulting plate into the desired pieces and form the objects therefrom. It is also possible to granulate the mixture and to produce hollow, plate or tubular products from the granules by extrusion. These pre-formed products are then autoclaved together with water and / or saturated steam, at 8-20 kg / cm pressure and at 170-300 ° C for 3-10 hours. It is clear that this method is energy consuming and leads to high production and investment costs.

In het Amerikaans octrooi 3.836.504 wordt een werkwijze beschre-30 ven voor het vervaardigen van voorwerpen uit een mengsel van een anorganisch poeder (vliegas, calciumcarbonaat, cement, e.a.), fijn zand en een waterige emulsie van een synthetische hars. Het vormen van de voorwerpen geschiedtdoor persen in een mal of door extruderen waarbij een teveel 7903098 t 2 aan water vooraf kan zijn verwijderd. De groene vormling blijft 1 k 2 dagen in de mal en wordt daarna buiten de mal 10 dagen verhit op een temperatuur van tenminste de verwekings- of smelttemperatuur van de hars. Andere nadelen van deze werkwijze zijn dat het maken van de emul-5 sie sterk kostenverhogend werkt en dat het inbrengen van hars tot ten hoogste 20 gew.-% t.o.v. anorganische materialen beperkt is door de maximaal toelaatbare hoeveelheid water.US Pat. 3,836,504 discloses a method of manufacturing articles from a mixture of an inorganic powder (fly ash, calcium carbonate, cement, etc.), fine sand and an aqueous emulsion of a synthetic resin. The objects are formed by pressing in a mold or by extrusion, whereby an excess of 7903098 t 2 of water may have been removed beforehand. The green molding remains in the mold for 1 k 2 days and is then heated outside the mold for 10 days at a temperature of at least the softening or melting temperature of the resin. Other drawbacks of this method are that the production of the emulsion has a considerable cost-increasing effect and that the introduction of resin is limited to a maximum of 20% by weight relative to inorganic materials due to the maximum allowable amount of water.

Doel van de uitvinding is een werkwijze te verschaffen voor het vervaardigen van voorwerpen bestaande uit anorganisch materiaal 10 en een thermoplastische kunststof waarbij bovengenoemde nadelen niet optreden.The object of the invention is to provide a method for manufacturing objects consisting of inorganic material 10 and a thermoplastic plastic, wherein the above-mentioned drawbacks do not occur.

Volgens de werkwijze van de uitvinding wordt dit bereikt doordat het mengsel 10 tot 60 gew.-% thermoplastische kunststof ten opzichte van het gewicht anorganisch bindmiddel bevat in daeltjesvorm 15 met afmetingen van 0,1 tot 2 mm en een water-bindmiddelverhouding van tenminste 0,3 en ten hoogste 2 vertoont, en het mengsel na het vormen en voor het uitharden van het hydraulisch bindmiddel verhit wordt tot tenminste het smeltpunt van de thermoplastische kunststof, waarbij de water- bindmiddelfaktor boven 0,3 wordt gehouden, met inbegrip van 20 het gebonden water.According to the method of the invention, this is achieved in that the mixture contains 10 to 60% by weight of thermoplastic synthetic resin in weight of inorganic binder in particle form 15 with dimensions of 0.1 to 2 mm and a water-binder ratio of at least 0. 3 and at most 2, and the mixture after molding and before curing the hydraulic binder is heated to at least the melting point of the thermoplastic plastic, keeping the water binder factor above 0.3, including the bonded water.

In het Amerikaanse octrooi 3.781.396 wordt reeds verhit tijdens het mengen van de .komponenten waaruit het voorwerp gevormd wordt. Men is dus blijkbaar van mening dat voor een goede interactie tussen de harsdeeltjes en de deeltjes van de overige komponenten een 25 vroegtijdig vloeibaar maken van de hars noodzakelijk is. In tegenstelling hiermee moet volgens GB 998,159 het gevormde voorwerp verhit worden nadat dit geheel gehard is. Met de werkwijze volgens de uitvinding worden enerzijds de moeilijkheden van het mengen van de deeltjes van de overige komponenten en de verwekende harsdeeltjes bij hoge 30 temperatuur alsmede een langdurige verhitting vermeden en anderzijds wordt een betere verdeling van de hars tussen de deeltjes van de overige komponenten bereikt, waarschijnlijk, doch hieraan wil aanvraagster zich niet binden, omdat in de ongeharde toestand van het gevormde voorwerp de vloeibaar geworden harsdeeltjes meer gelegenheid hebben 7903098 ♦ 3 een goede interactie aan te gaan met de deeltjes van de overige kom-ponenten. Immers de interaktie van de vloeibaar geworden hars wordt na de harding beperkt door de reaktieprodukten van het water en het anorganische bindmiddel.In US patent 3,781,396 heating is already done during the mixing of the components from which the object is formed. Thus, it is apparently believed that for proper interaction between the resin particles and the particles of the other components, premature liquefaction of the resin is necessary. In contrast, according to GB 998,159, the molded article must be heated after it has fully cured. With the method according to the invention, on the one hand, the difficulties of mixing the particles of the other components and the softening resin particles at a high temperature as well as a prolonged heating are avoided and, on the other hand, a better distribution of the resin between the particles of the other components is achieved Probably, however, the applicant does not want to commit to this, because in the uncured state of the molded article, the liquefied resin particles have more opportunity to interact properly with the particles of the other components. After all, the interaction of the liquefied resin after curing is limited by the reaction products of the water and the inorganic binder.

5 Een verhitting tot 20-100 °C boven het smeltpunt van de thermoplast verdient de voorkeur omdat daardoor de interactie wordt bevorderd.Heating to 20-100 ° C above the melting point of the thermoplastic is preferred because it promotes interaction.

Algemeen gebruikelijk bestaat de volgorde van handelen bij het vervaardigen van produkten uit een anorganisch bindmiddel, een 10 anorganisch vulmiddel en water, uit het mengen van de genoemde kompo-nenten, het vullen van de matrijzen, het laten afbinden en uitharden van de groene vormling tot een stadium van voldoende sterkte om haar zonder matrijs te kunnen hanteren en het volledig uitharden hetgeen in een autoclaaf kan plaatsvinden. Onvermijdelijk begint het uithar-15 dingsproces zodra de komponenten gemengd zijn en het mengsel nog plastisch is. Het bepalen van het einde van het plastische stadium van het mengsel kandoor middel van standaard proeven geschieden bijvoorbeeld door de diepte te meten waarmee een naald onder een bepaalde belasting in het mengsel doordringt. Met verhitten voor het uitharden 20 wordt hier bedoeld dat het mengsel voor het einde van het plastische stadium terwijl het zich in een matrijs bevindt, wordt verhit tot boven het verwekingspunt van een in het mengsel opgenomen thermoplast.Generally, the order of operation in the manufacture of products from an inorganic binder, an inorganic filler and water consists of mixing the said components, filling the molds, allowing the green molding to set and curing until a stage of sufficient strength to handle hair without a mold and complete curing which can take place in an autoclave. Inevitably, the curing process begins as soon as the components are mixed and the mixture is still plastic. The end of the plastic stage of the mixture can be determined by means of standard tests, for example by measuring the depth with which a needle penetrates into the mixture under a certain load. By curing heating here is meant that the mixture before the end of the plastic stage while in a mold is heated above the softening point of a thermoplastic incorporated into the mixture.

De duur van het verhitten kan 3-16 uur bedragen en kan plaatsvinden in een autoclaaf. De afbindtijd van cement verschilt van soort tot soort 25 en bedraagt voor Portlandcementsoorten 1,5-5 uur.The duration of heating can be 3-16 hours and can be carried out in an autoclave. The bonding time of cement differs from type to type 25 and is 1.5-5 hours for Portland cement types.

Verhitten tijdens het plastische stadium, waarin de hydrata-tie van het met water hardend bindmiddel plaats vindt, kan leiden tot een tekort aan water waardoor de eigenschappen nadelig worden beïnvloed.Heating during the plastic stage, during which the hydration of the water-hardening binder takes place, can lead to a shortage of water, which adversely affects the properties.

Om dit te voorkomen kan men het verhitten eerst kort voor het beëindi-30 gen van het plastische stadium beginnen of tijdens het plastische stadium uitvoeren in aanwezigheid van oververzadigde stoom.To prevent this, heating may be started shortly before the end of the plastic stage or during the plastic stage in the presence of supersaturated steam.

Als met water hardende bindmiddelen kunnen cement, gips, calciumsulfaathalfhydraat, of -anhydriet, kalk of kombinaties hiervan worden toegepast. Het met water hardend bindmiddel wordt toegepast in 7903098As water-curing binders, cement, gypsum, calcium sulfate semhydrate, or anhydrite, lime or combinations thereof can be used. The water-hardening binder is used in 7903098

VV

4 hoeveelheden, die voldoende zijn om onder toevoegen van een vulmiddel bijvoorbeeld zand, produkten van, goede sterkten te verkrijgen, zoals 20-150 gew.-% ten opzichte van het vulmiddel.4 quantities sufficient to obtain products of good strengths, such as 20-150% by weight, with respect to the filler, by adding a filler, for example sand.

Als thermoplastische kunststof kunnen polyolefinen zoals 5 polyetheen, polypropeen, polystyreen of polyvinylchloride, acryl- en acetaatharsen of mengsels hiervan worden toegepast. Thermoplasten, die als afvalprodukten worden beschouwd, zijn aantrekkelijke grondstoffen om in de onderhavige werkwijze te worden gebruikt. De thermoplasten dienen in de vorm van poeders, korrels of zeer kleine plaatjes ge-10 bracht te worden met afmetingen tussen 0,1 en 5 mm opdat zij met de andere komponenten tot een homogeen mengsel verwerkt kunnen worden. Teneinde een synergistische interactie van het met water hardende bindmiddel en de thermoplast te verkrijgen dient het thermoplast-gehalte 10-60 gew.-% ten opzichte van het met water hardende bindmid-15 del te zijn. Buiten deze grenzen treedt een verminderde interactie op tussen het met water hardende bindmiddel en de thermoplast, die zich enerzijds uit in een verminderde resistentie tegen agressieve invloed, anderzijds in een lagere sterkte van het produkt.As the thermoplastic plastic, polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polystyrene or polyvinyl chloride, acrylic and acetate resins or mixtures thereof can be used. Thermoplastics, which are considered waste products, are attractive raw materials for use in the present process. The thermoplastics must be applied in the form of powders, granules or very small plates with dimensions between 0.1 and 5 mm so that they can be processed into a homogeneous mixture with the other components. In order to obtain a synergistic interaction of the water-hardening binder and the thermoplastic, the thermoplastic content should be 10-60 wt.% Relative to the water-hardening binder. Outside these limits, a reduced interaction occurs between the water-hardening binder and the thermoplastic, which on the one hand results in a reduced resistance to aggressive influence, on the other hand in a lower strength of the product.

Als anorganisch vulmiddel komen naast zand, in kwaliteiten 20 als normaal gebruikelijk in combinaties met cement, ook andere stoffen in aanmerking, zoals gehele of gedeeltelijke vervanging van zand door silica, klei, calciumcarbonaat of poreus materiaal, bijvoorbeeld gebrande kleikorrels.As an inorganic filler, in addition to sand, in qualities as normally customary in combinations with cement, other substances are also eligible, such as partial or total replacement of sand with silica, clay, calcium carbonate or porous material, for example, burnt clay granules.

De hoeveelheid water welke volgens de werkwijze van de 25 uitvinding kan worden toegepast wordt enerzijds bepaald door de hoeveelheid en de aard van het met water hardende bindmiddel en anderzijds door de eisen die aan de verwerkbaarheid van het uit de komponenten te vormen mengsel gesteld worden.The amount of water that can be used according to the method of the invention is determined, on the one hand, by the amount and nature of the water-hardening binder and, on the other hand, by the requirements imposed on the processability of the mixture to be formed from the components.

Men kan uit een mengsel van de komponenten volgens de uit-30 vinding voorwerpen vormen door persen in een mal, of door extrusie of door centrifugeren. Te weinig water veroorzaakt onvolledige harding van het bindmiddel en te veel water veroorzaakt een verlaagde eind-sterkte van het produkt. Indien om redenen van verwerkbaarheid van het mengsel een overmaat water wordt toegepast, dan moet deze overmaat 7903098 5 verwijderd worden alvorens men het gevormde voorwerp verhit en laat harden. Een water-bindmiddelverhouding van tenminste 0,3 en ten hoogste 2 is noodzakelijk, bij voorkeur ligt deze verhouding tussen 0,5 en 1.Articles can be formed from a mixture of the components according to the invention by pressing in a mold, or by extrusion or by centrifugation. Too little water causes incomplete curing of the binder and too much water causes a reduced final strength of the product. If, for reasons of processability of the mixture, an excess of water is used, then this excess 7903098 5 must be removed before the shaped article is heated and allowed to set. A water-binder ratio of at least 0.3 and at most 2 is necessary, preferably this ratio is between 0.5 and 1.

5 Naast het toevoegen van een thermoplast aan een mengsel van een met water hardend anorganisch bindmiddel, een anorganisch vulmiddel en water kan men'ook andere1ingrediënten toevoegen die de hoedanigheid en/of de kwaliteit van het produkt aanpassen aan de daaraan gestelde eisen. Deze ingrediënten kunnen anti-oxidantia of 10 stabilisatoren tegen weersinvloeden, kleurmiddelen, vlamdovende middelen, plastificeerders voor thermoplasten en in met water hardende bindmiddel nog hardingsversnellers, vezelmateriaal zijn.In addition to adding a thermoplastic to a mixture of a water-hardening inorganic binder, an inorganic filler and water, it is also possible to add other ingredients which adapt the quality and / or the quality of the product to the requirements imposed on it. These ingredients may be anti-oxidants or weather stabilizers, colorants, flame retardants, thermoplastic plastifiers and, in water-hardening binder, curing accelerators, fiber material.

Uit de onderhavige komponenten kan men met de werkwijze volgens de uitvinding voorwerpen van elke gewenste vorm maken, zoals 15 buizen, pijpen, goten, platen voor muren, vloeren en daken, heipalen, masten, balken, dakpannen e.d.With the method according to the invention, objects of any desired shape can be made from the present components, such as pipes, pipes, gutters, plates for walls, floors and roofs, piles, masts, beams, roof tiles, etc.

VoorbeeldExample

Uit een mengsel, bestaande uit Portland cement, zand en lagedichtheidpolyetheen met een gemiddelde deeltjes-diameter van 1 mm, 20 water en als dispergeermiddel een 20 % oplossing van een gesulfoneerd melamine-formaldehyde hars in ca. 5 gew.-% t.o.v. het cement, werden in een mal voorwerpen gevormd van 20 x 10 x 5 cm en door licht trillen verdicht. Direkt na het vormen werden de voorwerpen in een autoclaaf gebracht met een temperatuur van 160° gedurende resp. 3¾ en 5 uur 25 in aanwezigheid van oververzadigde stoom.From a mixture consisting of Portland cement, sand and low-density polyethylene with an average particle diameter of 1 mm, 20 water and as dispersant a 20% solution of a sulfonated melamine-formaldehyde resin in about 5% by weight of the cement, objects of 20 x 10 x 5 cm were molded and compacted by light vibration. Immediately after molding, the articles were autoclaved at a temperature of 160 ° for respectively. 3¾ and 5h25 in the presence of supersaturated steam.

Tabel 1. Samenstelling in gew. delen mengsel no. cement polyetheen zand water 1 11 1 0,44 2 1 0,4 1 0,4 7903098 6Table 1. Composition in wt. parts mixture no. cement polyethylene sand water 1 11 1 0.44 2 1 0.4 1 0.4 7903098 6

"V"V

Tabel 2. Materiaal-eigenschappen meng- behandeling vol, gew. buig- druk- water- water- sel g/cm^ sterkte sterkte opname temp.Table 2. Material properties, mixing treatment full, wt. bending- pressure- water- water g / cm ^ strength strength absorption temp.

no. N/mm2 N/mm2 vol.-% diffusie- weerstand- getal 1 niet verhit 1,07 0,8 2,7 35 7 1 160°C, 3¾ h 1,09 7,4 13,8 7 80 2 niet verhit 1,61 4,3 26,8 21 40 2 160°C, 5 h 1,59 8,9 31,6 5 110no. N / mm2 N / mm2 vol.% diffusion resistance number 1 unheated 1.07 0.8 2.7 35 7 1 160 ° C, 3¾ h 1.09 7.4 13.8 7 80 2 unheated 1.61 4.3 26.8 21 40 2 160 ° C, 5 h 1.59 8.9 31.6 5 110

Uit tabel 2 blijkt, dat de mechanisch/fysische eigenschappen van de gevormde voorwerpen door het verhitten zeer aanzienlijk zijn verbeterd t.o.v. de onverhitte voorwerpen.It can be seen from Table 2 that the mechanical / physical properties of the shaped articles have been greatly improved compared to the unheated articles by heating.

Vergelijkbare verschillen in mechanische en fysische eigenschappen 5 traden op bij verhitte en onverhitte voorwerpen waarin het anorganisch, hydraulisch bindmiddel bestond uit gips, mengsels van cement en gips, kalk en mengsels van cement, gips en kalk.Similar differences in mechanical and physical properties occurred in heated and unheated articles in which the inorganic hydraulic binder consisted of gypsum, cement-gypsum mixtures, lime and cement, gypsum and lime mixtures.

79030987903098

Claims

7 3086 X.

A method for manufacturing objects from a mixture of an inorganic hydraulic binder, an inorganic filler, water and a thermoplastic plastic, characterized in that the mixture is 10 to 60% by weight of thermoplastic plastic in relation to the weight of inorganic contains binder in particulate form with dimensions between 0.1 and 2 mm and has a water-binder ratio of at least 0.3 and at most 2 and that the mixture after molding and before curing is in the plastic stage is heated to at least the melting point of the thermoplastic plastic, keeping the water-binder factor above 0.3 including the bound water.

Method according to claim 1, characterized in that the water binding agent factor is 0.5-1.

A method according to claim 1, characterized in that the thermoplastic plastic is a polyolefin.

Process according to claim 3, characterized in that the polyolefin is polyethylene.

A method according to claim 3, characterized in that the polyol-20 is fine polypropylene.

A method according to claims 1-5, characterized in that the weight percentage of thermoplastic plastic is 25 to 50 by weight of inorganic hydraulic binder.

7. Method according to claim 1, characterized in that cement, gypsum or lime or a mixture thereof is used as the hydraulic binder.

8. Process according to claims 1-7, characterized in that the heating during the plastic stage takes place in the presence of supersaturated steam.

The method of claim 1 as substantially described and illustrated in the examples.

30. An object obtained using the method according to any one of claims 1-8. 7903098