NO813043L - Gipsprodukter, samt fremgangsmaate for fremstilling av slike - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører gipsprodukter og en fremgangsmåte

for fremstilling derav. Gipsproduktene er spesielt beregnet på plater (gipsplater) og former for anvendelse ved fremstilling av metall- og keramikkartikler.

Det er kjent å fremstille gipsprodukter ved å oppslemme

gips (kalsiumsulfat-semihydrat) i vann, forme oppslemmingen til ønsket produkt (til ønsket form) og la denne stivne (binde).. Til den tillagede oppslemming av kalsiumsulfat-semihydrat i vann kan det tilsettes for høye tilsetnings-

midler , såsom akseleratorer, retarderingsmidler og harpikser. Festningen er tilsynelatende avhengig av at semihydrat hydrati-seres under oppbygningen av dihydrat (kalsiumsulfatdihydrat).

For å oppnå utgangsmaterialet for gipsproduktfrem-stillingen, dvs. kalsiumsulfat-semihydrat, går man ut fra kalsiumsulfat-dihydrat (her også benevnt dihydratgips) , hvis krystallvanninnhold avtar ved brenning. Denne brenning krever store mengder energi og trenger dessuten nøye overvåkning for at det korrekte krystallvanninnhold skal fås.

Det er også kjent å fremstille kalsiumsulfat-semihydrat ved fjerning av vann fra kalsiumsulfat-dihydrat ved anvendelse av

det sterkt vannabsorberende middel svovelsyre under varme betingelser. BRD-utl.skrift nr. 1 274 488 lærer således fremstilling av kalsiumsulfat-semihydrat ved behandling av kalsiumsulfat-dihydrat med en varm (over 80°C) oppløsning (ca. 12,7-37,2 vekt%) svovelsyre, eventuelt sammen med modi-fiser ingsmidler for krystallformen og/eller kimkrystaller.

Det har nå vist seg at gipsprodukter med gode trykk-fasthetsegenskaper og andre mekaniske egenskaper , som lett kan fremstilles til lav pris, omfatter slike som er oppbygget av kalsiumsulfat-dihydrat forsterket med kaliumsulfat-kalsiumsulf at-dihydrat- (syngenit-)krystaller og eventuelt kaliumsulfat-magnesiumsulfat-kalsiumsulfat-dihydratkrystaller. Forsterkningen kan være ialt vesentlig ensartet fordelt i

hele gipsproduktet eller eksempelvis konsentrert til visse sjikt eller deler av produktet, spesielt i de tilfeller hvor produktet utgjøres av plater. Den minste mengde dobbeltsalt (kaliumsulfat-kalsiumsulfat-dihydrat) i et sådant forsterket gipsprodukt eller en del eller et sjikt av et gipsprodukt er ca. 3-5 vekt% og er vanligvis i intervallet 10-60 vekt% og

fortrinnsvis i intervallet 15-40 vekt%.

Gipsprodukter med forsterkning av kaliumsulfat-kalsium-sulfathydrat og eventuelt kalsiumsulfat-magnesiumsulfat-kalsiumsulfat-dihydrat kan fremstilles ved tilsetning av et kaliumsalt, fortrinnsvis kaliumsulfat, til en vannoppslemming av kalsiumsulfat-dihydrat, eventuelt sammen med et magnesiumsalt, fortrinnsvis magnesiumsulfat, og eventuelt i kombinasjon med en bærer, hvoretter produktet formes og viderebehandles på kjent måte, hvorved oppslemmingen holdes under 70°C, fortrinnsvis under 55°C, slik at det ikke finner sted noen kalsinering. Kaliumsaltet består fortrinnsvis av kaliumhydrogenkarbonat eller kaliumtetraborat, men i første rekke av kaliumsulfat. Kaliumsaltene kan anvendes som sådanne eller blandes med hverandre, for eksempel en blanding av kaliumsulfat og kaliumhydrogenkarbonat, og eventuelt være oppløste i vann eller sammen med en bærer,

for eksempel natriumsulfat. Magnesiumsaltet kan eventuelt tilsettes på samme måte som kaliumsaltet, fortrinnsvis sammen med kaliumsaltet.

Densiteten til det oppnådde gipsprodukt kan reguleres ved tilsetning av forskjellige tilsetningsmidler eller ved blandingsprosessen (hvorved luft innblandes). Tilsetning'

av fuktemiddel er bekvemt for denne regulering av densiteten. Ved anvendelsen av kaliumhydrogenkarbonat fås et skumprodukt og ekspansjonen (esegraden) kan reguleres ved anvendelse av kaliumsulfat sammen med kaliumhydrogenkarbonatet, hvorved forholdene dem i mellom varieres alt etter ønsket produkt.

Som utgangsmateriale anvendes passende det kalsiumsulfat-dihydrat som fås som avfall ved fremstilling av fosfat-gjødningsmidler, for eksempel forskjellige kalsiumfosfat og fosforsyre. Dette utgangsmateriale oppviser vanligvis en analyse som følger:

Andre utgangsmaterialer kan anvendes, for eksempel dihydratgips som fås ved røkgassrensing, og naturlig fore-kommende dihydratgips. Det er også mulig å anvende om igjen som utgangsmateriale de i henhold til foreliggende oppfinnelse oppnådde produkter, som da knuses og oppslemmes i vann.

Den tilsatte mengde av kaliumsalt kan variere, hvorved minstemengden er ca. 2 eller 3 vekt%; et bredt intervall er 5-40 % og et passende intervall 6-20 %, beregnet på mengden av kalsiumsulfat-dihydrat (CaSO^• 2 f^O) . Hvis magnesiumsulfat anvendes, er minstemengdene av dette ca. 2-3 vekt%,

og et vidt intervall er 4-20 .%, hvorved et passende intervall er 6-10 %, beregnet på mengden av kalsiumsulfat-dihydrat.

Det har likeledes vist seg at forskjellige midler kan innblandes i foreliggende utgangsoppslemming, hvorved gipsprodukter fås med ulike modifiseringer i egenskapene. Det er mulig å tilsette sin semihydratgips. Tilsetning av vann-glass, for eksempel natronvannglass, øker hardheten. Plast, for eksempel polyakrylat og melaminharpiks, eller samtidig med gipsproduktenes stivning herdende plastutgangsmaterialer kan tilsettes for økning av styrken eller vannherdigheten. Andre tilsetningsmidler er kalsiumsilikat, karboksymétyl-cellulose, bentonitt og sement.

Av spesiell betydning som tilsetningsmiddel er slike som tilveiebringer porøsitet, for eksempel slike av silikat-type. Disse tilsetningsmaterialer utgjøres for eksempel av perlitt eller vermikulitt. De oppnådde produkter, for eksempel plater eller former, er varmeisolerende og har i passende tykkelse god bøyestivhet.

Kaliumhydrogenkarbonat anvendes i henhold til oppfinnelsen dels bare for seg for fremstilling av stivnede, hårde gips-skumprodukter. Fortrinnsvis anvendes dog kaliumhydrogenkarbonatet sammen med kaliumsulfat og andre av de angitte tilsetningsmidler for fremstilling av stivnede gipsprodukter. Istedenfor kaliumhydrogenkarbonat kan man for fremstilling av skumprodukter anvendes andre, under fremstillingsbetingelsene gassavgivende tilsetningsmidler, for eksempel natriumhydrogen- karbonat, hydrogenperoksyd, ammoniumkarbonat , aluminiumbronse. Disse tilsetningsmidler bidrar dog ikke til stivneeffekten.

Det er mulig, og i mange tilfeller passende, ved frem-stillingen av de her beskrevne gipsprodukter og armere dem ved i gipsoppslemmingen å innblande for eksempel stålfibre og/eller glassfibre. Slike armeringsmidler som stenger og nett kan innleires ved diskontinuerlig fremstilling av former eller plater eller innstøpes ved kontinuerlig fremstilling av gipsplater. I produktet i henhold til oppfinnelsen, fremfor alt i form av en gipsplate, kan eksempelvis på i og for seg kjent måte også støpes på papp, plast, folie og filmer av annet slag, gummiduk, tre eller metall. Disse midler bidrar også til økning av styrken. Et gipsprodukt i henhold til oppfinnelsen, som ikke er forsynt med overflatesjikt på angitt måte, kan dyppes i eller behandles med en løsning av for eksempel kaliumsulfat eller et borat, for eksempel kalium-eller natriumtetraborat, som øker hårdheten og styrken. Hårdheten kan også økes ved at det som tilsetning anvendes et middel, for eksempel salt som påvirker gipsens løselighet,

for eksempel natriumtiosulfat , -metafosfat og -heksametafosfat.

Et tilsetningsmiddel som har vist seg å gi overraskende gode gipsprodukter, fremfor alt gipsplater, er konsentrert sulfittavlut, spesielt på natriumbasis. Ved anvendelse av sulfittavlut som tilsetningsmiddel forbedres i meget høy grad overflatesjikt-vedheftning , spesielt av papp, ved gipsplaten. Styrken forbedres også. Et annet middel som også. forbedrer overflatesjikt-vedheftningen, er maisstivelse. Denne gir dog dårligere resultat enn sulfittavlut.

Andre tilsetningsmidler kan også anvendes, for eksempel midler som retarderer avbindingshastigheten, for eksempel soda, glycerol, alginat. Andre•tilsetningsmidler er svovelsyre , hydrogenheksafluorsilikat , sitronsyre , ammoniumkarbonat (hornsalt) , ureafosfat, ammoniakk. Disse midler anvendes blant annet for justering av pH-verdien.

Hvis det ønskes svært høytemperaturherdige gipsprodukter, er det passende å innblande magnesiumoksyd i pulverform. Magnesiumoksydet kan da utgjøre opp til 50 vekt% av kalsium-sulf at-dihydratet . Det er da også passende å innblande perlitt.

For variasjon av gipsproduktenes densitet kan man også variere vanninnholdet, dvs. uttynne kalsiumsulfat-dihydrat- oppslemmingen med vann, for eksempel slik at 70 % av oppslemmingen utgjøres av vann, eller innblande forskjellige fuktemidler. For tilveiebringelse av gipsprodukter med spesielt lav densitet anvendes de allerede beskrevne, gassavgivende midler.

Ved beskrivelsen av foreliggende oppfinnelse er det angitt at oppslemmingen av kalsiumsulfat-dihydrat "stivner" eller "binder"; foreliggende fremgangsmåte skulle dog også kunne anses å innebære en "herding" av kalsiumsulfat-dihydratet,

dvs. at inngående korn blir hårdere resp. hele det fremstilte gipsprodukt blir hårdere. Ved utførelse av fremgangsmåten har kaliumsulfåtets kornstørrelse en viss betydning ved det at prosessen skjer hurtigere, jo mer finkornet sulfatet er. Kaliumsulfat med en kornstørrelse ned til 70^um har vært prøvet, og denne kornstørrelse gir omtrent samme hastighet for stivningen som en vannløsning av kaliumsulfat. Naturlig-vis er løsninger og salter og lignende som gir kaliumsulfat ved blanding, ekvivalente med kaliumsulfat. En løsning av kaliumklorid og løsning av magnesiumsulfat kan således for eksempel anvendes ved at de samtidig tilsettes. De forskjellige angitte tilsetningsmidler anvendes vanligvis i en mengde av 1-15 vekt%, beregnet på den inngående mengde av kalsiumsulfat-dihydrat.

Vannoppslemmingens temperatur skal holdes under 70°C hele tiden. På denne måte oppnås ikke noen vesentlig dannelse av kalsiumsulfat-semihydrat, heller ikke det tilfelle hvor dehydratiseringsmiddel, for eksempel svovelsyre, er til stede. Oppslemmingens temperatur bør fortrinnsvis holdes under 55°C, for eksempel under 45°C eller 50°C, selv under tørke- og stivnetrinnene.

Det har også vist seg at anvendelse av mikrobølgestråling, spesielt i bølgelengdeintervallet 1-10 cm, gir gipsprodukter med høyere grad av krystallisasjon i midten og til og med bedre styrkeegenskaper. Denne utførelsesform er passende for fremstilling av gipsplater.

For å oppnå en hurtig forsterkning har det vist seg å være ønskelig at det i vannløsningen til oppslemmingen tilveiebringes en kaliumsaltkonsentrasjon på minst 3 % ved ca. 20°C. Nødvendig konsentrasjon av kalumsalt øker med temperaturen.

Oppfinnelsen beskrives nærmere i de følgende eksempler.

Eksempel 1. Til 1000 kg dihydratgipsoppslemming, inneholdende

20 % vann, ble tilsatt 50 kg K2S04- Tilsetningen skjedde

under kraftig omrøring ved 1400 opm. Oppslemmingen ble umiddelbart støpt til en plate resp. laget til kubiske prøve-legemer (5 cm x 5 cm x 5 cm). Platen stivnes på meget kort tid (noen minutter). Prøve legemene oppviste etter 24 h en trykkstyrke på 8 MPa.

Eksempel 2. 3600 kg dihydratgipsoppslemming ble under kraftig omrøring, som angitt i eksempel 1, tilsatt 300 kg kaliumsulfat i fast form. Plater og prøvelegemer ble fremstilt som angitt i eksempel 1. Densiteten til den oppnådde plate var 1,1-1,3 g/cm 3. Prøvelegemenes trykkstyrke var 4,1 MPa bestemt.etter 48 h ved 20°C eller 24 h ved 40°C.

Eksempel 3. 1000 kg 72 %ig dihydratgips ble blandet med 35 kg ammoniumhydrogenkarbonat og 60 kg kaliumsulfat.Blandingen ble støpt i plane skiver. Etter en avbindingstid på 15-20

min. ved 13°C ble det oppnådd eri plate med gode styrkeegenskaper.

Eksempel 4. 100 kg semihydratgips, 1000 kg 72-73 %ig dihydratgips, 35 kg ammoniumkarbonat og 60 kg kaliumsulfat ble blandet. Etter en avbindingstid på 15-20 min. ved 13°C etter støping til plater fikk man plater med noe dårligere egenskaper enn dem som er angitt i eksempel 1.

Eksempel 5. 1000 kg 72 %ig dihydratgips i form av en oppslemming ble blandet med 55 kg kaliumsulfat med en kornstørrelse hvor 70 % er mindre enn 80^um. Plater ble fremstilt på en gips-platemaskin, bragt til å stivne og ble tørket ved mikrobølge-bestråling i 2 sekunder , noe som ble gjentatt 6 ganger i løpet av 4 min. Oppslemmingens temperatur var maksimalt ca. 44°C.

Det så ut som om en ubetydelig høyere temperatur temporært ble oppnådd lokalt.

Eksempel 6. En oppslemming av 72 % ig dihydratgips inneholdende 1,5 % sulfittavlut (tørrstoff) ble formet kontinuerlig til en tykkelse på ca. 13 mm på en løpende pappbane på en gipsplate-maskin. Kaliumsulfat (7 vekt% beregnet på tørr dihydratgips)

ble tilsatt til oppslemmingen under formingen. Det var i finkornet form (hvorved 80 % passerte sikt med åpning 70^um).

De formede plater ble bragt til å stivne og tørket på konven-sjonell måte, hvorved oppslemmingen hadde en maksimal- temperatur på ca. 41°C. Plater på ca. 13 mm med gode styrkeegenskaper ble oppnådd.

Det er således klart at et gipsprodukt med overordentlig gode egenskaper tilveiebringes i henhold til oppfinnelsen og at dette produkt kan fremstilles ut fra en utgangsoppslemming som hovedkomponent har kalsiumsulfat-dihydrat. Foruten vann inneholder således oppslemmingen hovedsakelig kalsiumsulfat-dihydrat, for eksempel 80-100 %, fortrinnsvis 90-100 vekt% regnet på tørrstoffet, inklusive normale forurensninger. Det er ikke ønskelig at oppslemmingen inneholder kalsiumsulfat-semihydrat. Til denne oppslemming tilsettes kalsiumsulfat, passende i finfordelt, fast form, eventuelt sammen med et finfordelt, fast magnesiumsalt, for eksempel magnesiumsulfat. Kaliumsaltet kan også tilsettes som løsning, normalt vann-holdig, og fortrinnsvis som en konsentrert løsning, for eksempel en i alt vesentlig mettet løsning.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av gipsprodukter, spesielt gipsplater og former for fremstilling av metall- og keramikkartikler,karakterisert vedat et kaliumsalt i en mengde av minst ca. 3 vekt% og eventuelt et magnesiumsalt i en mindre mengde tilsettes til en vannoppslemming av kalsiumsulfat-dihydrat og at produktet deretter formes og be-arbeides videre på i og for seg kjent måte, hvorved oppslemmingen holdes under 70°C.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisertved at oppslemmingen holdes under 55°C.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisertved at kaliumsaltet anvendes i fast form eller i form av en løsning, for eksempel en vannløsning.

4.Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 3,karakterisert vedat det som kaliumsalt anvendes kaliumsulfat.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 3,karakterisert vedat det som kaliumsalt anvendes kaliumhydrogenkarbonat.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 3,karakterisert vedat det som kaliumsalt anvendes kaliumtetraborat.

7. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 6,karakterisert vedat gipsen bringes til å stivne ved hjelp av mikrobølgebestråling.

8. Anvendelse av kaliumsalt for å bringe én kalsiumsulfat-dihydratoppslemming til å stivne under dannelse av et stivnet kalsiumsulfat-dihydrat.

9. Gipsprodukt, spesielt gipsplate og form for metall- og keramikkartikler,karakterisert vedat det minst delvis er en masse av kalsiumsulfat-dihydratkrystaller blandet med krystaller av kaliumsulfat-kalsiumsulfat-hydrat og eventuelt kaliumsulfat-magnesiumsulfat-kalsiumsulfat-hydrat.