NL7903098A - Werkwijze voor het vervaardigen van voorwerpen uit cement, zand en thermoplastische kunststof. - Google Patents

Description

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

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

WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN VAN VOORWERPEN UIT CEMENT, ZAND EN THERMOPLASTISCHE KUNSTSTOF

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

5 Een verhitting tot 20-100 °C boven het smeltpunt van de thermoplast verdient de voorkeur omdat daardoor de interactie wordt bevorderd.

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.

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.

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.

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.

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 7903098

V

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Voorbeeld

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.

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 6

"V

Tabel 2. Materiaal-eigenschappen meng- behandeling vol, gew. buig- druk- water- water- sel g/cm^ sterkte sterkte opname 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 5 110

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.

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.

7903098

Claims (11)

1. 7 3086 X
2. 1. Werkwijze voor het vervaardigen van voorwerpen uit een mengsel van een anorganisch hydraulisch bindmiddel, een anorganisch vulmiddel, water en een thermoplastische kunststof, met het kenmerk, dat het mengsel 10 tot 60 gew.-% thermoplastische kunststof ten 5 opzichte van het gewicht anorganisch bindmiddel bevat in deeltjes-vorm met afmetingen tussen 0,1 en 2 mm en een water-bindmiddel-verhouding van tenminste 0,3 en ten hoogste 2 vertoont en dat het mengsel na het vormen en voor het uitharden terwijl het in het plastische stadium verkeert verhit wordt tot tenminste het smelt-10 punt van de thermoplastische kunststof, waarbij de water-bindmiddel-faktor boven 0,3 wordt gehouden met inbegrip van het gebonden water.
3. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de waterbind-middelfactor 0,5-1 bedraagt.
4. 3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de thermoplas tische kunststof een polyolefine is.
5. 4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het polyolefine polyethyleen is.
6. 5. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het polyole-20 fine polypropeen is.
7. 6. Werkwijze volgens conclusie 1-5, met het kenmerk, dat het gewichts-percentage thermoplastische kunststof 25 tot 50 van het gewicht aan anorganisch, hydraulisch bindmiddel bedraagt.
8. 7. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat als hydraulisch 25 bindmiddel cement, gips of kalk of een mengsel hiervan gebruikt wordt.
9. 8. Werkwijze volgens de conclusies 1-7, met het kenmerk, dat het verhitten tijdens het plastische stadium plaatsvindt in aanwezig- ~ heid van oververzadigde stoom.
10. 9. Werkwijze volgens conclusie 1 zoals in hoofdzaak beschreven en in de voorbeelden is toegelicht.
11. 30. Voorwerp verkregen onder toepassing van de werkwijze volgens een der conclusies 1-8. 7903098